KR100915778B1 - Microdrive - Google Patents
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Abstract
어떤 전력 사용 디바이스에도 적용될 수 있고 특히 중간 전압 AC 드라이브인 AC 드라이브에 관한 것이다. 바람직한 실시예에서, 다중레벨 AC 드라이브 형태가 실행되며, 그 드라이브는 전기 버스들을 통해 전기적으로 연결되고 그들의 개별적인 모듈 베이스들을 통해 물리적으로 연결되는 다수의 인버터들과 컨버터를 포함하며, 각 컴포넌트의 개별적인 열 교환기들에 연결된 공통 냉각 시스템을 공유한다. AC 드라이브는 일반적으로 다수의 인버터 모듈들로 이루어지며, 다수의 인버터 모듈들은 컨버터 모듈에 연결되고, 상대적으로 작은 유닛내에 패키징된 위의 컴포넌트들 각각은 냉각 장치를 갖는다. It can be applied to any power-using device, and more particularly relates to an AC drive which is a medium voltage AC drive. In a preferred embodiment, a multilevel AC drive form is implemented, the drive comprising a plurality of inverters and converters electrically connected via electrical buses and physically connected through their respective module bases, with separate rows of each component. It shares a common cooling system connected to the exchangers. An AC drive generally consists of a plurality of inverter modules, which are connected to a converter module and each of the above components packaged in a relatively small unit has a cooling device.
Description
본 발명의 분야는 일반적으로 전력 컨버터들의 분야에 관한 것이고, 더 특히는 드라이브 AC 모터들에 사용되는 중간 전압 가변 속도 AC 드라이브들에 관한 것이고, 600 내지 15,000 볼트를 필요로 하는 다양한 다른 전력 변환 설비를 구동하는 것에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The field of the present invention generally relates to the field of power converters, and more particularly to medium voltage variable speed AC drives used in drive AC motors, and to various other power conversion facilities requiring 600 to 15,000 volts. It's about driving.
조절가능하거나 가변적인 스피드 AC 드라이브들은, 통상적으로 그 속도 제어를 허용하는 AC 유도 모터들을 구동하기 위해 사용된다. AC 드라이브들은 그 출력 전압 및 전류의 특성들을 제어하여 사용자에 의해 (그들이 구동하고 있는 모터의) 모터 속도를 제어하고 그것이 구동하고 있는 그 프로세스 뿐 아니라 모터 전력 사용도 최적화하기 때문에, AC 드라이브들은 일반적으로 에너지 절약의 이점을 제공한다. AC 드라이브들은, 고정 주파수 및 전압을 갖는 유입 DC 전력 또는 AC 전력 중 하나를 취하고, 그것을 가변 진폭 및 주파수의 전압과 전류를 갖는 AC 전력으로 변환함으로서 작동한다. 이것은 많은 애플리케이션들에서 필요조건인 모터 속도 및 전력의 제어를 허용한다. Adjustable or variable speed AC drives are typically used to drive AC induction motors that allow their speed control. AC drives are typically used because they control the characteristics of their output voltages and currents to control motor speed (of the motors they drive) and optimize motor power usage as well as the process in which it is running. It offers the advantage of energy saving. AC drives operate by taking either incoming DC power or AC power with a fixed frequency and voltage and converting it to AC power with voltage and current of variable amplitude and frequency. This allows control of motor speed and power, a requirement in many applications.
비록 AC 드라이브의 사용이 그들이 구동하는 프로세스들을 매우 강화시키고 전기 에너지 절약을 제공하지만, 그 사용이 결함들이 없는 것은 아니다. 현재 AC 드라이브가 갖는 가장 큰 문제들 중 하나는 그들의 사이즈이다. 이것은 중간 전압 애플리케이션들에 사용되는 AC 드라이브들에서 특히 사실이며, 상당한 양의 층(floor) 또는 설비(facility) 공간을 필요로 한다. 부가적으로, 기존 시스템들에서의 AC 드라이브 컴포넌트들이 공기(시스템들의 컴포넌트들을 냉각하기 위한 수단으로서 사용됨)에 노출되기 때문에, 해로운 오염물질들 및 습도가 시스템들의 작동에 악영향을 미치지 않도록 하기 위해 AC 드라이브 컴포넌트들은 상당한 여과, 온도, 및 습도 제어 수단을 필요로 하는 청결하고 환경적으로 제어되는 영역들에 위치되는 것이 필요하다. 다른 한편으로 유도 모터들은 일반적으로 강건하여(rugged) 오염물질들이 없는 청결한 환경을 필요로 하지 않는다. 환경적 필요조건들의 이러한 차이는 일반적으로 드라이브와 모터 간에 상당한 거리를 필요로 할 것이다. 이 거리는 모터의 동적 제어 문제들 뿐 아니라 반사파 현상들로 인한 모터 절연 문제들을 야기한다. Although the use of AC drives greatly enhances the processes they drive and provides electrical energy savings, their use is not without defects. One of the biggest problems with current AC drives is their size. This is especially true for AC drives used in medium voltage applications and requires a significant amount of floor or facility space. Additionally, since AC drive components in existing systems are exposed to air (used as a means for cooling the components of the systems), the AC drive is used to ensure that harmful contaminants and humidity do not adversely affect the operation of the systems. The components need to be located in clean and environmentally controlled areas that require significant filtration, temperature, and humidity control means. Induction motors, on the other hand, are generally rugged and do not require a clean environment free of contaminants. This difference in environmental requirements will generally require a significant distance between the drive and the motor. This distance causes motor isolation problems due to reflected wave phenomena as well as dynamic control problems of the motor.
최첨단의 중간 전압 전력 변환 장치들은 낮은 전압(0 내지 600V) 디바이스들에서 사용되는 것과 유사한 절연 방법들을 사용한다. 전력 스위치들 및 상호접속 버스들은 절연 물질들의 부분 방전 저하의 효과들을 회피하기 위해 다른 전기적 전위들 간에 상당한 물리적 공간을 가져야 한다. 주위 공기가 모든 컴포넌트들 주변에 존재하기 때문에, 이 거리는 상당히 클 수 있다. 더우기, 오염물질들이 절연 디바이스들을 둘러싸고 컨덕터들 주위에서 이온화를 용이하게 하여 코로나 효과를 발생시키거나 심지어 단락 회로를 야기시킬 수 있기 때문에, 드라이브 캐비넷으로 유입되는 공기의 품질은 환경적으로 제어되는 것이 필요하다. 절연을 위해 필요한 이러한 큰 부피는 상호접속 디바이스들에 분포된 증가된 부유 인덕턴스를 초래할 것이다. 상호접속 디바이스들은 어떤 종류의 케이블들 또는 버스 바들이 될 수 있다. 전력 스위치들이 턴오프 주기 동안에 상당량의 전류를 운송하기 때문에, 스위치 전류의 음의 비율의 변화는, 전류율의 변화와 관련 회로의 부유 인덕턴스의 크기에 비례하는 전압 스파이크를 초래할 것이다. (Vpk = L*(di/dt), 여기서 L은 회로 부유 인덕턴스이고, di/dt는 스위치 전류의 변화율이다). 이 전압 과도현상들은 적절한 레벨들로 제한되지 않으면 전력 반도체 스위치들을 파괴할 것이다. 최신의 중간 전압 전력 변환 디바이스들은 부유 인덕턴스량에 비례하는 전압 억제 디바이스들을 사용하지 않도록 한다. 또한 절연 필요들로 인해 적절한 공간이 요구되는, 이러한 과도 전압 억제기들의 부가는 복잡성 및 비용 뿐 아니라 물리적 부피를 훨씬 더 증가시키도록 한다.State-of-the-art medium voltage power converters use isolation methods similar to those used in low voltage (0 to 600V) devices. Power switches and interconnect buses must have significant physical space between different electrical potentials to avoid the effects of partial discharge degradation of insulating materials. Since the ambient air is around all the components, this distance can be quite large. Moreover, the quality of the air entering the drive cabinet needs to be environmentally controlled, as pollutants can surround the insulation devices and facilitate ionization around the conductors, causing corona effects or even short circuits. Do. This large volume needed for insulation will result in increased stray inductance distributed over the interconnect devices. The interconnect devices can be any kind of cables or bus bars. Since the power switches carry a significant amount of current during the turn off period, a change in the negative rate of the switch current will result in a voltage spike proportional to the change in the current rate and the magnitude of the stray inductance of the associated circuit. (Vpk = L * (di / dt), where L is the circuit stray inductance and di / dt is the rate of change of the switch current. These voltage transients will destroy power semiconductor switches if not limited to appropriate levels. Modern medium voltage power conversion devices do not use voltage suppression devices that are proportional to stray inductance. In addition, the addition of such transient voltage suppressors, where adequate space is required due to insulation needs, allows for much more physical volume as well as complexity and cost.
특히 AC 드라이브에서 다수의 전력 변환 디바이스들이 가지는 또다른 문제들은 컴포넌트 교체가능성(replaceability)이다. 현재 AC 드라이브들의 내부 구성은 일반적으로 복잡하기 때문에, 반도체 전력 스위치와 같은 한 개의 컴포넌트가 고장나면 손상된 컴포넌트를 교체하는 데 상당량의 시간이 필요한 경우가 종종 있다. Another problem with multiple power conversion devices, especially in AC drives, is component replaceability. Currently, the internal configuration of AC drives is generally complex, so if one component, such as a semiconductor power switch, fails, it often takes a considerable amount of time to replace the damaged component.
중간 전압 AC 드라이브들의 또다른 문제는 우주 선들(cosmic rays)에 대한 그들의 감응성이다. 비록 이 현상의 모든 측면들이 알려진 것은 아니지만, 다양한 천체들로부터 방출된 아원자(subatomic) 입자들이 지구, 및 전력 변환 시스템들의 컴포넌트들을 포함하는 지구상의 모든 것과 충돌한다는 것이 알려져 있다. 이 고에너지 입자들은 반도체 원자 구조를 파괴하여 그들의 정격 전압을 견디는 능력을 파괴하도록 야기한다. 그러므로, 우주 선들은, IGBT - 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor) 및 IGCT - 집적 게이트 정류 사이리스터(Integrated Gate Commutated Thyristor)처럼 반도체 전력 스위치들과 같은, AC 드라이브들 내의 전기적 작동 컴포넌트들 중 일부의 시간에 따른 악화를 야기시킨다. 이 현상은 전력 반도체 스위치의 전압 사용을 그것의 정격 DC 값의 약 60 퍼센트로 제한한다. 위의 이런 전압 레벨이 사용된다면 전력 반도체 스위치는 상당히 더 짧은 수명 주기를 가질 것이다. Another problem with medium voltage AC drives is their sensitivity to cosmic rays. Although not all aspects of this phenomenon are known, it is known that subatomic particles emitted from various objects collide with Earth and everything on Earth, including components of power conversion systems. These high-energy particles break down the semiconductor atomic structure, causing them to break their ability to withstand their rated voltage. Thus, the cosmic lines can be seen in some of the electrically operated components in AC drives, such as semiconductor power switches, such as IGBT-Insulated Gate Bipolar Transistors and IGCT-Integrated Gate Commutated Thyristors. Causes deterioration over time. This phenomenon limits the voltage usage of the power semiconductor switch to about 60 percent of its rated DC value. If these voltage levels are used above, the power semiconductor switch will have a significantly shorter life cycle.
본 발명의 이점들, 속성, 및 다양한 부가적 특징들은 도면에서 도식적으로 제시되는 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 더욱 완전하게 나타날 것이다.Advantages, attributes, and various additional features of the present invention will appear more fully with reference to exemplary embodiments of the present invention shown schematically in the drawings.
도 1A, 1B, 및 1C는 본 발명에서 사용될 열 교환기 어셈블리의 대표적 실시예의 도식적 표현을 도시한다.1A, 1B, and 1C show schematic representations of representative embodiments of heat exchanger assemblies to be used in the present invention.
도 2A 및 2B는 도 1A, 1B, 및 1C에서 도시된 열 교환기 어셈블리의 대안적인 대표적 실시예의 도식적 표현을 도시한다. 2A and 2B show schematic representations of alternative representative embodiments of the heat exchanger assembly shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C.
도 3A, 3B, 및 3C는 본 발명에서 사용될 열 교환기 어셈블리의 부가적인 대표적 실시예의 도식적 표현을 도시한다. 3A, 3B, and 3C show schematic representations of additional exemplary embodiments of heat exchanger assemblies to be used in the present invention.
도 4A 및 4B는 도 3A, 3B, 및 3C에서 도시된 열 교환기의 대안적인 대표적 실시예의 도식적 표현을 도시한다.4A and 4B show schematic representations of alternative representative embodiments of the heat exchanger shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C.
도 5A, 5B, 및 5C는 본 발명에 따른 인버터 어셈블리에서의 버스 워크의 대표적 실시예의 도식적 표현을 도시한다.5A, 5B and 5C show schematic representations of representative embodiments of bus walks in an inverter assembly according to the invention.
도 6A, 6B, 및 6C는 본 발명에 따른 인버터 어셈블리의 대표적 실시예의 도식적 표현을 도시한다.6A, 6B, and 6C show schematic representations of representative embodiments of an inverter assembly according to the present invention.
도 7A, 7B, 및 7C는 서로 고정된 도 6A, 6B, 및 6C의 두 개의 인버터 어셈블리들의 도식적 표현을 도시한다. 7A, 7B, and 7C show schematic representations of two inverter assemblies of FIGS. 6A, 6B, and 6C fixed to each other.
도 8는 본 발명에서 사용되는 컨버터 어셈블리의 대표적 실시예의 도식적 표현을 도시한다. 8 shows a schematic representation of a representative embodiment of a converter assembly used in the present invention.
도 9는 도 8에 도시된 컨버터 어셈블리의 또다른 도식적 표현을 도시한다. FIG. 9 shows another schematic representation of the converter assembly shown in FIG. 8.
도 10는 본 발명에 따른 AC 마이크로드라이브 어셈블리의 대표적 실시예의 도식적 표현을 도시한다. 10 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an AC microdrive assembly in accordance with the present invention.
도 11는 설치되는 대표적 냉각 시스템을 가지는 도 10에 도시된 AC 마이크로드라이브 어셈블리의 도식적 표현을 도시한다. FIG. 11 shows a schematic representation of the AC microdrive assembly shown in FIG. 10 with a representative cooling system installed.
본 발명은, 위의 역효과들 중 어느 것도 가지지 않으면서 구동되는 기계 또는 부하에 가까이 또는 직접 인접하여 위치될 수 있는 더 소형의 디바이스들을 허용함으로서, 전력 변환 설비에서 위의 문제들을 해결하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 다른 기술적 영역들의 이용가능한 최신의 그리고 앞선 기술들의 고유한 결합이다. 그것은 저전압, 중간 전압, 고전압 애플리케이션들을 위한 효율적이고, 환경적으로 강건하고, 융통성있고, 소형인 전력 변환 시스템을 허용한다. 본 발명은 냉각제들로 기체나 액체를 사용하는 전례없는 특징들을 가진 전력 변환 빌딩 블록들의 설계를 가능하게 한다. The present invention is directed to solving the above problems in a power conversion installation by allowing smaller devices to be located near or directly adjacent to the machine or load being driven without any of the above adverse effects. . The present invention is a unique combination of the latest and advance technologies available in other technical areas. It allows for efficient, environmentally robust, flexible and compact power conversion systems for low voltage, medium voltage and high voltage applications. The present invention enables the design of power conversion building blocks with unprecedented features of using gas or liquid as coolants.
본 발명은 어떤 전력 변환 디바이스에도 적용될 수 있으며, 특히 중간 전압 AC 드라이브들에 적용될 수 있다. 본 발명에 사용되는 전기적 형태는 최신 전력 변환 설비에서 사용되는 것과 유사하다. 바람직한 실시예에서, 다중레벨 AC 드라이브 형태가 실행된다. 다수의 인버터들 및 컨버터는 전기 버스들을 통해 전기적으로 연결되고 그들의 개별적인 모듈 베이스들(modular bases)을 통해 물리적으로 연결되며, 각 컴포넌트의 개별적인 열 싱크에 접속된 공통 냉각 시스템을 공유할 수 있다. 상호접속 버스 및 전력 컴포넌트들, 절연, 냉각 시스템, 및 우주 선 여과의 새로운 배열은 현재 AC 드라이브들이 가지는 위에서 언급된 문제들을 제거하면서, 드라이브들이 확장된 효율적 작동 수명을 가지고 소량의 공간을 차지하고 쉽게 보수될 수 있고 구동되는 부하 디바이스에 가까이 근접하여 위치되는 것을 허용한다. 구성요소들의 간략한 서술로 시작하여, 본 발명의 더 상세한 논의가 이어질 것이다. The invention can be applied to any power conversion device, in particular to medium voltage AC drives. The electrical form used in the present invention is similar to that used in modern power conversion facilities. In a preferred embodiment, a multilevel AC drive form is implemented. Multiple inverters and converters may be electrically connected via electrical buses and physically connected through their respective modular bases and may share a common cooling system connected to a separate heat sink of each component. The new arrangement of interconnection bus and power components, insulation, cooling system, and space line filtration eliminates the above-mentioned problems with current AC drives, while taking up a small amount of space and easily repairing them with an extended, efficient operating life. And may be located in close proximity to the load device being driven. Beginning with a brief description of the components, a more detailed discussion of the invention will follow.
본 발명에서, AC 드라이브는 AC 드라이브를 생성하기 위해 컨버터 모듈과 접속되는 다수의 인버터 모듈들로 구성되며, 여기서 위의 컴포넌트들 각각은 냉각 장치를 갖는 상대적으로 작은 유닛에 패키징된다. 인버터들 각각은, 모듈 베이스, 열적으로 연결된 다수의 전력 반도체 스위치들을 갖는 베이스에 접속된 열 싱크 또는 교환기, 다수의 커패시터들, 전력 반도체 스위치들을 커패시터들에 접속시키는 다수의 전기 버스들, 및 전기 버스와 같은 전기적 작동 컴포넌트들의 일부 또는 전부를 인케이싱(encasing)하거나 덮는 절연 매체로 구성된다. 컨버터는, 그것이 모듈 베이스, 다수의 전력 반도체 스위치들 또는 다이오드들, 커패시터들, 리액터, 열 싱크 또는 교환기, 다수의 컨택터들, 및 상기 버스들과 같은 전기적 작동 컴포넌트들을 덮는 절연 물질로 구성된다는 점에서, 구성에 있어 유사하다.In the present invention, an AC drive consists of a plurality of inverter modules which are connected with a converter module to produce an AC drive, where each of the above components is packaged in a relatively small unit with a cooling device. Each of the inverters includes a module base, a heat sink or exchanger connected to a base having a plurality of thermally connected power semiconductor switches, a plurality of capacitors, a plurality of electric buses connecting the power semiconductor switches to the capacitors, and an electric bus. It consists of an insulating medium encasing or covering some or all of the electrically actuated components such as. The converter is in that it consists of an insulating material covering an electrically actuated component such as a module base, a plurality of power semiconductor switches or diodes, capacitors, reactors, a heat sink or exchanger, a plurality of contactors, and the buses. The configuration is similar.
본 발명은 첨부한 도면들을 참조함으로서 더 상세히 설명될 것이며, 그 도면들은 어떤 식으로든지 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 또한, 비록 다음의 상세한 논의가 600에서 15,000 볼트 용량의 범위에 있는 중간 전압 AC 드라이브들에 관한 것이지만, 다음 개념들은 어떤 전압 레벨 전력 변환 디바이스들에도 적용될 수 있다. 제한이 아니라 예증의 목적으로, 이하에서 논의되는 본 발명의 실시예는 3 레벨, 4,160 볼트, 2,500 HP, 12-펄스 AC 입력 드라이브이다. 그러므로, 이하에서 언급되는 어떤 특정의 또는 바람직한 디멘션들(dimensions) 또는 매개변수들은 그러한 드라이브를 위한 것이고 다른 작동 특성들을 갖는 드라이브에 최적화되거나 바람직하지 않을 수도 있지만, 그러한 디멘션들 및 매개변수들은 다음의 논의의 관점에서 최적화될 수 있을 것이다. The invention will be explained in more detail by reference to the accompanying drawings, which do not limit the scope of the invention in any way. Also, although the following detailed discussion relates to medium voltage AC drives in the range of 600 to 15,000 volts capacity, the following concepts can be applied to any voltage level power conversion devices. For purposes of illustration and not limitation, embodiments of the invention discussed below are three level, 4,160 volts, 2,500 HP, 12-pulse AC input drives. Therefore, any specific or preferred dimensions or parameters mentioned below are for such a drive and may not be optimized or desirable for a drive having other operating characteristics, but such dimensions and parameters are discussed in the following discussion. Can be optimized in terms of
이제 도 1A, 1B, 및 1C로 가서, 열 교환기 어셈블리(20)의 대표적 실시예는 그에 고정된 트랜지스터(30, 32) 및 다이오드(31)를 가지도록 도시된다. 이 도면들에서 도시된 실시예에서, 열 교환기는 열 교환기에 냉각을 제공하기 위해 공기 또는 다른 기체들을 사용하는 공기 냉각형이다. 열 교환기 어셈블리(20)는 증발 판(evaporator plate)(22)에 열적으로 접속된 열 교환기 컨덴서 블록(21)을 가지며, 이 실시예에서, 증발 판(22)은 트랜지스터들(30,32) 및 다이오드(31)를 지탱한다. 열 교환기 컨덴서 블록(21)은, 트랜지스터들(30, 32) 및 다이오드(31)에 의해 발생되는 열이 공기와 같은 냉각 매체로 전달되는 것을 허용하기 위해 사용되는 구조이며, 상기 냉각 매체는 컨덴서 블록(21)을 통해 통과된다.1A, 1B, and 1C, a representative embodiment of the heat exchanger assembly 20 is shown with transistors 30, 32 and diode 31 fixed thereto. In the embodiment shown in these figures, the heat exchanger is air cooled using air or other gases to provide cooling to the heat exchanger. The heat exchanger assembly 20 has a heat exchanger condenser block 21 thermally connected to an evaporator plate 22, in which the evaporator plate 22 comprises transistors 30, 32 and Support the diode 31. The heat exchanger condenser block 21 is a structure used to allow heat generated by the transistors 30 and 32 and the diode 31 to be transferred to a cooling medium such as air, and the cooling medium is a condenser block. Pass through 21.
컨덴서 블록(21)은 알루미늄, 구리, 등과 같은 양호한 열전도 특성들을 갖는 어떤 물질로도 만들어 질 수 있다. 또한, 도면들에서, 열 교환기 어셈블리(20)는 열이 컨덴서 블록(21)으로, 그리고 나서 냉각 매체로 전달될 수 있도록 하기 위해 일련의 열 파이프들 및 튜브들(23)을 갖도록 도시된다. 열 교환기 컨덴서 블록(20)은 이러한 구성에 제한되지 않으며, 냉각 매체로의 열 전달의 최적 효율성을 허용하기 위해서 어떤 모양 또는 형식으로도 변형될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이것은 특히 사용되는 냉각 매체에 따라 적용될 수 있다. 비록 공기가 (이 도면들에서 도시된 어셈블리를 위한) 냉각 매체로 바람직하지만, 다른 기체들, 물, 부동액, 또는 기름과 같은 다른 매체들이 컨덴서 블록(21)을 통해 통과됨으로서 사용될 수 있다. 만약 공기가 냉각 매체로서 사용되지 않는다면 냉각 매체가 AC 드라이브의 컴포넌트들에 유입되는 것을 방지하기 위해 부가적인 예방책들이 취해져야 한다는 것을 또한 유의해야 한다.Condenser block 21 may be made of any material having good thermal conductivity properties such as aluminum, copper, and the like. In the drawings, the heat exchanger assembly 20 is also shown with a series of heat pipes and tubes 23 to allow heat to be transferred to the condenser block 21 and then to the cooling medium. It will be appreciated that the heat exchanger condenser block 20 is not limited to this configuration and may be modified in any shape or form to allow for optimal efficiency of heat transfer to the cooling medium. This may especially be applied depending on the cooling medium used. Although air is preferred as the cooling medium (for the assembly shown in these figures), other gases, such as water, antifreeze, or oil, can be used by passing through the condenser block 21. It should also be noted that if air is not used as the cooling medium, additional precautions must be taken to prevent the cooling medium from entering the components of the AC drive.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 열 교환기 어셈블리(20)에 있어, 열 교환기 어셈블리(20)의 효율성을 증가시키도록 부가적인 열적 표면을 제공하기 위해, 열 파이프들(23)에 부가하여, 핀들의 스택(28)이 컨덴서 블록(21)(도 1B)을 구성한다. 열 파이프들(23) 및 핀들(28)은 알루미늄, 구리, 등과 같은 열전도성 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 또한, 근접하는 핀들(28)이 손상되거나 휘어져 핀들(28)의 열적 특성들이 손상되는 것을 방지하기 위해, 핀들(28) 각각은 그 사이에 위치되는 안정화 분리기(stabilizing separator)(29)를 갖는 것이 바람직하다. 이것은 핀들을 딤플링(dimpling)하는 것과 같은 어떤 알려진 또는 통상적으로 사용되는 방법에 의해 행해질 수 있고, 딤플들은 스페이서들 또는 안정기들(29)로서 작용한다. 이 안정기들(29)이 없으면, 핀들(28)은, 어떤 공기 또는 다른 냉각 매체도 두 개의 인접한 핀들(28)을 통과될 수 없어서 열 교환기(20)의 냉각 효율을 감소시킬 수 없을 만큼, 휘어질 수 있다. 이 분리기들(29)의 사용은 일반적으로 AC 드라이브가 사용되거나 AC 드라이브가 노출되는 기계적 및/또는 열적 조건들에 의해 지시된다. 휘고 손상될 위험이 그다지 우려되지 않도록, 큰 냉각 여유가 있거나 컨덴서 블록 섹션이 다른 기계적 수단에 의해 보호된다면, 그때 분리기들(29)은 필요하지 않을 수도 있다. In a preferred embodiment of the invention, in the heat exchanger assembly 20, in addition to the heat pipes 23, in order to provide an additional thermal surface to increase the efficiency of the heat exchanger assembly 20, Stack 28 constitutes capacitor block 21 (FIG. 1B). The heat pipes 23 and fins 28 are preferably made of a thermally conductive material such as aluminum, copper, or the like. In addition, in order to prevent the adjacent fins 28 from being damaged or bent, thereby impairing the thermal properties of the fins 28, each of the fins 28 has a stabilizing separator 29 positioned therebetween. desirable. This can be done by any known or commonly used method, such as by dimpling the pins, the dimples acting as spacers or ballasts 29. Without these ballasts 29, fins 28 are bent such that no air or other cooling medium can pass through two adjacent fins 28 and thus reduce the cooling efficiency of heat exchanger 20. Can lose. The use of these separators 29 is generally dictated by the mechanical and / or thermal conditions under which the AC drive is used or the AC drive is exposed. The separators 29 may not be necessary if there is a large cooling margin or if the condenser block section is protected by other mechanical means, so that the risk of warping and damage is not so concerned.
또한, 핀들(28)은, 마찰 핏(fit), 납땜, 용접, 접착 본딩, 잠금장치들(fasteners) 등과 같은 어떤 알려진 또는 통상적으로 사용되는 수단에 의해 열 파이프들(23)에 고정될 수 있다. 핀들(28) 간의 간격과 핀(28) 두께는 사용되는 물질, 사용되는 냉각 매체, 필요한 열 전달량, AC 드라이브가 사용되고 있는 환경을 고려하여, AC 드라이브의 특정 사용 및 구성에 대해 최적화되어야 한다. 본 발명의 대표적 실시예에서, 사용되는 핀 물질은 알루미늄이고, 핀들(28)은 0.020인치 두께, 9.0인치 폭, 트랜지스터들 및 다이오드 디멘션들에 의해 결정되는 길이를 가지며, 핀들(28) 간에 0.125인치의 간격을 가지며, 열 파이프들(23) 중 여섯개가 섭씨 40도의 최대 주변 온도에서 섭씨 50도 온도 상승에 3000 와트의 열에너지를 냉각시킬 수 있도록, 열 파이프들(23)은 일반적으로 0.75 인치의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 더 작은 열 파이프 직경들은 파이프 당 더 낮은 냉각 용량을 초래하고 더 큰 직경들은 더 높은 냉각 용량을 초래한다. 현재 산업 기준들에 있어서, 사용될 수 있는 열 파이프 직경의 범위는 0.250 인치에서 1.50 인치이다. 그러나, 본 발명은 이 디멘션들을 사용하는 것으로 제한되지 않는다.In addition, the fins 28 may be secured to the heat pipes 23 by any known or commonly used means, such as friction fit, soldering, welding, adhesive bonding, fasteners, and the like. . The spacing between pins 28 and pin 28 thickness should be optimized for the specific use and configuration of the AC drive, taking into account the materials used, the cooling medium used, the amount of heat required, and the environment in which the AC drive is being used. In a representative embodiment of the present invention, the fin material used is aluminum, fins 28 are 0.020 inch thick, 9.0 inch wide, having a length determined by transistors and diode dimensions, and 0.125 inch between pins 28. The heat pipes 23 are generally 0.75 inches in diameter so that six of the heat pipes 23 can cool 3000 watts of thermal energy at a 50 degree Celsius rise at a maximum ambient temperature of 40 degrees Celsius. It is preferable to have. Smaller heat pipe diameters result in lower cooling capacity per pipe and larger diameters result in higher cooling capacity. In current industry standards, the range of heat pipe diameters that can be used is from 0.250 inches to 1.50 inches. However, the present invention is not limited to using these dimensions.
이전에 언급한 바와 같이, 컨덴서 블록(21)은 트랜지스터들 및 다이오드들(30, 31, 32)을 장착하는 데 사용되는 증발 판(22)에 열적으로 연결된다. 증발 판(22)은 가급적 컨덴서 블록(21)과 동일한 열전도성 물질로 만들어지며, 개별적으로 만들어져 열 파이프들(23)을 통해 컨덴서 블록(21)에 고정되거나, 컨덴서 블록(21)과 일체로 형성될 수 있다. 열 파이프들(23)이 사용된다면 그 파이프들은 납땜을 통해 증발 판(22)에 고정되는 것이 바람직하며, 여기서 증발 판(22)내의 삽입 홀들은 납땜이 그 내부에 위치되며, 열 파이프들(23)은 납땜이 열 파이프들(23) 주위에 올라 열 파이프들(23)을 증발 판(22)내로 봉입하도록 삽입된다. 또한, 열 파이프들(23)의 적절한 사용을 보증하기 위해, 구조 또는 컴포넌트들을 증발 판(22)에 장착하는 데 사용되는 어떤 잠금장치 홀들도 열 파이프 위치와 같지 않아야 하며, 그렇지 않으면 열 파이프들(23)의 효율성이 손상될 것임을 유의한다. 사용되는 열 파이프들(23)의 정확한 수, 모양, 구성, 및 사이즈는 AC 드라이브의 특성들 및 설계 매개변수들에 따라 결정되어야 한다. 열 파이프들(23)이 사용되지 않으면, 증발 판(22)은 어떤 통상적으로 알려진 또는 사용되는 방법들에 의해 컨덴서 블록(21)에 고정될 수 있다. 그러나, 컨덴서 블록(21)과 증발 판(22) 간의 접속은 일반적으로 서로간의 열전도성이 열 교환기(20)에 최대 냉각 효율을 제공하는데 최적화되도록 되어야 한다. As mentioned previously, the condenser block 21 is thermally connected to the evaporation plate 22 used to mount the transistors and diodes 30, 31, 32. The evaporation plate 22 is preferably made of the same thermally conductive material as the condenser block 21 and is made separately and fixed to the condenser block 21 through the heat pipes 23 or integrally formed with the condenser block 21. Can be. If heat pipes 23 are used, they are preferably fixed to the evaporation plate 22 via soldering, where the insertion holes in the evaporation plate 22 are soldered and located therein and the heat pipes 23. ) Is inserted such that solder rises around the heat pipes 23 and encloses the heat pipes 23 into the evaporation plate 22. Also, to ensure proper use of the heat pipes 23, any lock holes used to mount the structure or components to the evaporation plate 22 should not be the same as the heat pipe position, otherwise the heat pipes ( Note that the efficiency of 23) will be impaired. The exact number, shape, configuration, and size of the heat pipes 23 used must be determined according to the characteristics and design parameters of the AC drive. If the heat pipes 23 are not used, the evaporation plate 22 may be fixed to the condenser block 21 by any commonly known or used methods. However, the connection between the condenser block 21 and the evaporation plate 22 should generally be such that the thermal conductivity of each other is optimized to provide maximum cooling efficiency to the heat exchanger 20.
도 1A, 1B, 및 1C에 도시된 바와 같이, 증발 판(22)은 단순한 평면 판일 수도 있고, 또는 직사각형, 원통형, 또는 다른 구성들과 같은 다양한 다른 구성들 또는 모양들로 형성될 수 있다. 트랜지스터들 및 다이오드들(30, 31, 및 32)는 AC 드라이브의 최적 성능을 허용하는 어떤 위치에서 증발 판(22)에 장착된다. 이 구성은, 동일한 열 교환기 어셈블리(20)가 다른 트랜지스터 위치들, 사이즈들, 및 구성들을 갖는 다른 AC 드라이브에서 사용될 수 있는, 쉽게 제조가능한 AC 드라이브를 갖는 데 도움이 된다. 더우기, 큰 평면 증발 판(22)을 사용하면 시스템의 열 관리에 있어서 부가적인 이점을 가지며, 이것은 이하에서 더 상세히 논의될 것이다. As shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, the evaporation plate 22 may be a simple planar plate or may be formed in various other configurations or shapes, such as rectangular, cylindrical, or other configurations. Transistors and diodes 30, 31, and 32 are mounted to evaporation plate 22 at any location that allows for optimal performance of the AC drive. This configuration helps to have an easily manufacturable AC drive in which the same heat exchanger assembly 20 can be used in another AC drive having different transistor positions, sizes, and configurations. Moreover, the use of a large planar evaporation plate 22 has additional advantages in the thermal management of the system, which will be discussed in more detail below.
트랜지스터들 및 다이오드들(30, 31, 32)은, AC 드라이브의 특정 애플리케이션에 필요한 어떤 알려진 또는 사용되는 트랜지스터들 및 다이오드들일 수 있다. 비록 본 발명이 이러한 유형들의 전기 컴포넌트들의 사용에 만으로 제한되지 않고, AC 드라이브들을 위한 어떤 다른 유형들의 알려진 또는 통상적으로 사용되는 컴포넌트들이 본 발명의 범위 또는 취지를 변경하지 않으면서 대용될 수 있지만, 도 1A, 1B, 1C에 도시된 트랜지스터들은 일반적으로 IGBT 트랜지스터들이다. Transistors and diodes 30, 31, 32 may be any known or used transistors and diodes required for a particular application of an AC drive. Although the present invention is not limited to the use of these types of electrical components only, and any other type of known or commonly used components for AC drives may be substituted without changing the scope or spirit of the present invention, FIG. The transistors shown in 1A, 1B, 1C are generally IGBT transistors.
이제 도 2A 및 2B로 가면, 본 발명을 위한 열 교환기 어셈블리(110)의 대안적인 실시예가 도시된다. 이전 실시예와 달리, 이 실시예는 열 교환기 컨덴서 블록(21)을 사용하는 것이 아니라, 공기, 기체, 기름, 부동액, 물 등과 같은 냉각 매체가 전기적 컴포넌트들(30, 31, 32)의 열적 관리를 제공도록 통과되는 냉각판(38) 및 복귀 블록(35)에 의해 형성되는, 분기관(manifold)(유체들을 위한 통로와 같은 서펜타인(serpentine)을 갖는 금속판)처럼 작용하는 장착 냉각 판을 사용한다. 도 2A 및 2B에 도시된 실시예에서 전기적 컴포넌트들은 냉각 매체가 통과하는 냉각판(38)에 고정되고, 복귀 블록(35)은, 통로처럼 서펜타인을 형성하고 냉각 매체의 유입구 및 방출구를 제공하기 위해 냉각 매체를 냉각판(38)을 통해 채널링하는 데 사용된다. 냉각 매체는, 컨덴서 블록(35)을 통한 일정한 흐름을 보증하기 위해, 일반적으로 유입 부분(36)을 통해 복귀 블록(35)에 유입되고 방출 부분(37)을 통해 펌프 시스템(도시되지 않음)으로 나간다. 복귀 블록(35) 및 냉각 블록(38)의 내부 측면들의 정확한 구성은 통상적으로 원하는 필요조건들 및 작동 기준에 따라 결정될 것이지만, 다시 컨덴서 블록(35) 상의 어떠한 장착 홀들도 냉각 판(38) 내에서 냉각 매체의 경로와 간섭하지 않는 것이 바람직하다.2A and 2B, an alternative embodiment of a heat exchanger assembly 110 for the present invention is shown. Unlike the previous embodiment, this embodiment does not use a heat exchanger condenser block 21, but rather a cooling medium, such as air, gas, oil, antifreeze, water, etc., for thermal management of electrical components 30, 31, 32. A mounting cooling plate which acts like a manifold (a metal plate with serpentine as a passage for the fluids), formed by the cooling plate 38 and return block 35 which are passed to provide a use. In the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B the electrical components are fixed to the cooling plate 38 through which the cooling medium passes, and the return block 35 forms a serpentine like a passageway and defines the inlet and outlet of the cooling medium. It is used to channel the cooling medium through the cold plate 38 to provide it. The cooling medium is generally introduced into the return block 35 through the inlet portion 36 and through the discharge portion 37 to the pump system (not shown) to ensure constant flow through the condenser block 35. I'm going. The exact configuration of the inner side of the return block 35 and of the cooling block 38 will typically be determined according to the desired requirements and operating criteria, but again any mounting holes on the condenser block 35 will be carried out within the cooling plate 38. It is desirable not to interfere with the path of the cooling medium.
이 실시예는 도 1A-1C처럼 대형 열 교환기 컨덴서 블록을 갖지 않기 때문에, 복귀 블록(35) 위의 공간은 어떤 상당한 부가적 사이즈를 AC 드라이브에 부가시키지 않으면서 냉각 시스템의 냉각제 여과기들, 방사기, 펌프들, 저장기들 등을 위해 사용될 수 있다. 사실, 이러한 구성은, 자기포함된(self-contained) 액체 냉각 열 교환기 어셈블리가, AC 드라이브의 전체 구조 및 작동에 상대적으로 작은 변화를 가지면서 공기 냉각 열 교환기 어셈블리에 인접하여 사용되도록 허용한다. 이 능력은 이전에 선행기술에서는 이용될 수 없었다. Since this embodiment does not have a large heat exchanger condenser block as in FIGS. 1A-1C, the space above return block 35 does not add any significant additional size to the AC drive, while the coolant filters, radiators, It can be used for pumps, reservoirs and the like. In fact, this configuration allows the self-contained liquid cooling heat exchanger assembly to be used adjacent to the air cooling heat exchanger assembly with relatively small variations in the overall structure and operation of the AC drive. This capability has not previously been available in the prior art.
도 3A, 3B, 3C는 본 발명에 따라 열 교환기 어셈블리의 또다른 대표적인 실시예를 도시한다. 이 도면들은 비고립형 전력 반도체 스위치들(221)을 사용하는 열 교환기 어셈블리(220)를 도시하며, 비고립형 전력 반도체 스위치들은 사용될 수 있는 또다른 유형의 전기 디바이스이다 (이들은 통상적으로 "하키 퍽(hockey puck)" 스위치들로 알려져 있다). 이 디바이스들(221)은 일반적으로 IGBT들보다 더 높은 전력을 처리할 수 있지만, 그들의 비고립형 냉각 프로세스는, 도면들에 도시된 바와 같이, 디바이스들(221)에 접속된 장착 판들(증발 판들로도 불림)(222)이 서로 간에 그리고 냉각 시스템의 나머지 부분으로부터 고립되어 있을 것을 필요로 한다. 그러므로, 열 파이프들(23)이 사용되면, 장착 판들(증발 판들로도 불림)(222)에 접속된 열 파이프들(23)은 세라믹 (또는 절연 물질) 스페이서들(224)의 사용에 의해 열 교환기 컨덴서 블록(225)에 접속된 열 파이프들로부터 전기적으로 고립된다. 이 절연 스페이서들(224)은 전류가 디바이스들(221)로부터 어셈블리(220)로 흐르는 것을 방지하도록 한다. 비록 잠금장치들(일반적으로 박스 클램프들로 불림)(226)이 디바이스들의 제조업자들에 의해 권장되지만, 디바이스들(221)은 어떤 통상적으로 알려진 또는 사용되는 방법에 의해 장착 판들(222)에 고정될 수 있다. 3A, 3B, 3C show another exemplary embodiment of a heat exchanger assembly in accordance with the present invention. These figures show a heat exchanger assembly 220 using non-isolated power semiconductor switches 221, which are another type of electrical device that can be used (these are typically referred to as "hockey puck). (hockey puck) "switches. These devices 221 can generally handle higher power than IGBTs, but their non-isolated cooling process can be achieved by mounting plates (evaporation plates) connected to the devices 221 as shown in the figures. 222 may be isolated from each other and from the rest of the cooling system. Therefore, if heat pipes 23 are used, the heat pipes 23 connected to the mounting plates (also called evaporation plates) 222 may be replaced by the use of ceramic (or insulating material) spacers 224. It is electrically isolated from the heat pipes connected to the capacitor block 225. These insulating spacers 224 prevent current from flowing from the devices 221 to the assembly 220. Although locks (generally called box clamps) 226 are recommended by the manufacturers of the devices, the devices 221 are secured to the mounting plates 222 by any commonly known or used method. Can be.
도 4A 및 4B는 본 발명에 사용될 수 있는 열 교환기 어셈블리(220A)의 또다른 대표적 실시예를 도시한다. 이 실시예는 개방 컨덴서 블록(225) 대신에 폐쇄 냉각 분기관 블록(235)이 사용된 것을 제외하고는 도 3A, 3B 및 3C에 도시된 것과 유사하며, 여기서, 컨덴서 블록(225)의 핀들을 통해 냉각 매체를 통과시키는 대신에, 냉각 매체는 도 2A 및 2B에 도시된 복귀 블록(35) 및 냉각 분기관 판(38)과 유사한 방식으로 작동하는 분기관 블록(235)를 통해 통과된다. 이러한 구성에서, 장착 판들(증발 판들로도 불림)(222)은 냉각 분기관 블록(235)에 전기적으로 접속되는 것이 아니라 열 파이프들(223) 및 절연 스페이서들(224)의 사용을 통해 고립된다. 이러한 구성은 일반적으로 액체 냉각 매체를 사용할 때 바람직하며 전기 디바이스들은 비고립형 또는 소위 "하키 퍽" 디바이스들이다. 이것은 장착 판들(222)이 분리되어 있도록 유지되면서 냉각 분기관 블록(235)에 열적으로 연결되도록 유지되기 때문이다. 4A and 4B show another exemplary embodiment of a heat exchanger assembly 220A that can be used in the present invention. This embodiment is similar to that shown in FIGS. 3A, 3B and 3C except that the closed cooling branch block 235 is used instead of the open condenser block 225, where the pins of the condenser block 225 are removed. Instead of passing the cooling medium through, the cooling medium is passed through branch block 235 which operates in a similar manner to return block 35 and cooling branch plate 38 shown in FIGS. 2A and 2B. In this configuration, the mounting plates (also called evaporation plates) 222 are not electrically connected to the cooling branch block 235 but are isolated through the use of heat pipes 223 and insulating spacers 224. This configuration is generally desirable when using liquid cooling medium and the electrical devices are non-isolated or so-called "hockey puck" devices. This is because the mounting plates 222 are maintained to be separated while being thermally connected to the cooling branch block 235.
또한, 디바이스들(221)을 상호접속하는 데 사용되는 전기 버스들(229) 및 절연체(230)가 이 도면들에 도시된다. Also shown in these figures are electrical buses 229 and insulator 230 used to interconnect devices 221.
본 발명을 위한 열 교환기들의 다양한 실시예들은, 전기 디바이스들(IGBT든지 IGBT든지)에 의해 발생된 열이 장착 구조(열 파이프들이 사용될 때 증발 판으로도 불림)로 통과하여 열 교환기 분기관(열 파이프들이 사용될 때 컨덴서 블록으로도 불림)으로 또는 냉각 유체 소스(어떤 구성이든지)로 통과한 후에 냉각 매체(무엇이 선택되든지)로 통과하도록 함으로서 작용한다. 또한, 다양한 열 교환기 어셈블리에 대한 위에서 논의된 구성들은 소형이고 상대적으로 관리하기 쉬우며, 이것은 AC 드라이브의 각 모듈(즉, 인버터, 컨버터)이 그 자신의 독립적이고 개별적인 냉각 방법 또는 시스템을 갖도록 허용하고, 그러한 것은 다른 냉각 방법들을 갖는 모듈들이 동일한 AC 드라이브 어셈블리에서 사용되도록 허용할 것이다. 예를 들어, AC 드라이브는, 인버터들 전부는 공기 냉각을 사용하는 도 1A-1C에 도시된 실시예를 사용한 반면에 컨버터는 도 2A-2B에 도시된 실시예를 사용하도록 만들어 질 수 있다. Various embodiments of heat exchangers for the present invention allow the heat generated by electrical devices (IGBT or IGBT) to pass through a mounting structure (also called evaporation plate when heat pipes are used) to the heat exchanger branch pipe (heat It works by allowing the pipes to pass through to the cooling medium (whatever is selected) after passing through to the cooling fluid source (of any configuration) or to the condenser block when used. In addition, the configurations discussed above for the various heat exchanger assemblies are compact and relatively easy to manage, which allows each module (ie, inverter, converter) of the AC drive to have its own independent and individual cooling method or system. Such, it will allow modules with different cooling methods to be used in the same AC drive assembly. For example, an AC drive can be made to use the embodiment shown in FIGS. 1A-1C while all of the inverters use air cooling while the converter can be made to use the embodiment shown in FIGS. 2A-2B.
도 5A, 5B, 및 5C는 본 발명에 따른 인버터(100)의 부분적인 어셈블리를 도시한다. 비록 도시된 인버터가 도 1A, 1B, 및 1C 에 도시된 바와 같이 열 교환기 어셈블리(20)를 이용하고 있지만, 본 발명은 그러한 구성에 제한되지 않으며 이전 열 교환기 실시예들 중 어느 것도 본 발명의 범위를 변경하지 않으면서 이용될 수 있다. 5A, 5B, and 5C show a partial assembly of an inverter 100 according to the present invention. Although the illustrated inverter uses the heat exchanger assembly 20 as shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, the present invention is not limited to such a configuration and none of the previous heat exchanger embodiments is within the scope of the present invention. Can be used without changing.
본 발명의 AC 드라이브가 다수의 인버터들(100)을 포함할 것이고, 통상적으로 인버터들의 수는 3개가 될 것이지만 AC 드라이브가 사용되고 있는 애플리케이션의 유형에 따라 변화될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 본 발명의 인버터(100)는, 인버터의 모든 컴포넌트들이 베이스(10)에 기계적으로 고정되도록 허용하는 모듈 베이스(modular base)(10)에 세팅된다. 또한, 그 베이스는, 부가적 인버터(100) 또는 컨버터(200)와 같은 AC 드라이브의 부가적인 컴포넌트에 쉽게 고정될 수(또는 그로부터 분리될 수) 있도록 설계된다. 인접 컴포넌트들의 트레이들(10)(즉, 인버터들/컨버터들)은 볼트들, 나사들, 리벳들(rivets) 등과 같은 어떤 알려진 또는 통상적으로 사용되는 방법에 의해 서로 고정될 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 인버터(100) 또는 컨버터(200) 어셈블리가 상대적으로 쉽게 AC 드라이브로부터 제거되도록 허용하는 부착 방법이 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 열 교환기 어셈블리(20)의 컨덴서 블록을 수반하는 공기 덕트와 모듈 베이스(10)의 네 모서리의 네개의 볼트들을 단순히 제거함으로서, 인버터(100)는 모듈 베이스(10) 상의 관련 특징에 따라 최상부 또는 측면으로부터 제거될 수 있다. 이것은 컴포넌트를 교체하기 위해 필요한 시간과 노력의 양을 매우 감소시킬 것이다. It should be noted that the AC drive of the present invention will include a number of inverters 100, and typically the number of inverters will be three but may vary depending on the type of application in which the AC drive is being used. The inverter 100 of the present invention is set in a modular base 10 which allows all components of the inverter to be mechanically fixed to the base 10. The base is also designed to be easily secured to (or detached from) additional components of the AC drive, such as additional inverter 100 or converter 200. Trays 10 of adjacent components (ie inverters / converters) may be secured to each other by any known or commonly used method such as bolts, screws, rivets and the like. As mentioned previously, it is preferable to use an attachment method that allows the inverter 100 or converter 200 assembly to be removed from the AC drive relatively easily. For example, by simply removing the air ducts accompanying the condenser block of the heat exchanger assembly 20 and the four bolts at the four corners of the module base 10, the inverter 100 is adapted to the relevant features on the module base 10. Thus can be removed from the top or side. This will greatly reduce the amount of time and effort required to replace a component.
열 교환기 어셈블리(20)는 어떤 통상적으로 알려진 또는 사용되는 방법들에 의해 트레이(10)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 장착 브라켓들(bracket;25)은 어셈블리(20)를 트레이(10)에 고정하는 데 사용될 수 있으며, 여기서 브라켓들(25)은 나사들, 볼트들, 리벳들, 등을 가지고 고정된다. The heat exchanger assembly 20 may be secured to the tray 10 by any commonly known or used methods. For example, mounting brackets 25 may be used to secure the assembly 20 to the tray 10, where the brackets 25 are secured with screws, bolts, rivets, and the like. do.
트레이에 기계적으로 고정되거나 트레이(10)와 일체로 만들어 질 수 있는, 커패시터 브라켓(15)이 각 트레이(10)에 부착된다. 브라켓(15)은, 다수의 커패시터들(61, 62)을 갖는 커패시터 뱅크(60)를 위한 지지를 제공한다. 어떤 통상적으로 알려진 또는 사용되는 커패시터들(61, 62)이 본 발명의 작동에 영향을 미치지 않으면서 본 발명과 결합될 수 있다. 사용되는 커패시터들은 저인덕턴스형(바람직한 실시예에서 사용되는 유형은 30 나노 헨리 미만의 인덕턴스 값들을 갖는다)이어야 하고 고 리플(high ripple) 전류를 견딜 수 있어야 한다. 바람직한 실시예는, 몬테나 직류 전력 커패시터들(Montena Direct Current Power Capacitors)과 같이 4160V 작동을 위해 4000V 및 550 마이크로패러드에서 정격되는, 기름 또는 기체 충전된 폴리에틸렌막, 비극성 커패시터들을 사용한다. 또한, 어떤 애플리케이션 또는 사용이 소망되든지 그것을 위해 인버터(100)를 접속하도록 구성되는 접속 영역(80)은 커패시터 브라켓(15)에 고정된다. A capacitor bracket 15 is attached to each tray 10, which can be mechanically fixed to the tray or made integral with the tray 10. Bracket 15 provides support for capacitor bank 60 with multiple capacitors 61, 62. Any commonly known or used capacitors 61 and 62 can be combined with the present invention without affecting the operation of the present invention. The capacitors used must be of low inductance type (the type used in the preferred embodiment has inductance values of less than 30 nanohenrys) and must be able to withstand high ripple currents. A preferred embodiment uses oil or gas filled polyethylene membranes, nonpolar capacitors rated at 4000V and 550 microfarads for 4160V operation, such as Montena Direct Current Power Capacitors. In addition, a connection area 80 which is configured to connect the inverter 100 for whatever application or use is desired is fixed to the capacitor bracket 15.
전기 버스들(50, 55, 70, 75, 50A, 55A, 70A, 및 75A)은 트랜지스터들 및/또는 다이오드들(30, 31, 32)과 커패시터들(및 다른 주된 전기 컴포넌트들) 전부를 연결하고 있다. 버스들은 주된 전기 컴포넌트들 전부로 또는 그 전부로부터 (그리고 인접하는 인버터들 및 컨버터들로) 전류를 운송한다. 본 발명을 위한 버스들은 가장 정확하게 평형 저인덕턴스 버스들로 서술되며, 도시된 대표적인 실시예의 인버터는 다중레벨 인버터 브리지이다.Electrical buses 50, 55, 70, 75, 50A, 55A, 70A, and 75A connect all of the transistors and / or diodes 30, 31, 32 and capacitors (and other major electrical components). Doing. The buses carry current to or from all of the main electrical components (and to adjacent inverters and converters). Buses for the present invention are most accurately described as balanced low inductance buses, and the inverter of the exemplary embodiment shown is a multilevel inverter bridge.
다중레벨 인버터 브리지는 2레벨 인버터 브리지보다 더 복잡한 전류 경로 레이아웃을 가진다. 반도체 스위치들 및 다이오드들은 소정의 시간에서 최대 작동 전압으로 제한된다. 다중레벨 형태들은, 전력 반도체 스위치들을 직렬로 효과적으로 접속하여 그들의 전압 능력을 직렬로 접속된 스위치들의 수로 곱함으로서 전력 변환 디바이스의 더 높은 출력 전압들을 달성하기 위해 사용된다. 본 발명에서, 스위치들 및 다이오드들의 기계적인 레이아웃은 전류 루프들을 방지하도록 정의된다. 전기 전도성 버스들은, 회로에서 전류들에 의해 발생되는 모든 전자계가 크기와 위상에 있어 순시적으로 정확하게 소거되도록 하는 방식으로 스위치들과 다이오드들을 접속한다. 이것은 평형 저인덕턴스 버스로서 언급되는 것이다. 그것은 고르게 분포된 전계들을 허용하고 전류 경로의 부유 인덕턴스의 최소화를 허용하며, 따라서 스위치들의 턴오프 시간에서 전압 과도현상들을 최소화한다. 이 특징들은 부분 방전, 절연 피로의 효과들을 최소화시키기 위하여 중간 전압 디바이스들에서 특히 중요하며 전압 과도현상 억제기들이 필요하지 않도록 한다. 이런 유형의 시스템에서 인덕턴스는 다음의 식에 의해 결정될 수 있다:Multilevel inverter bridges have a more complex current path layout than two level inverter bridges. Semiconductor switches and diodes are limited to the maximum operating voltage at a given time. Multilevel forms are used to achieve higher output voltages of the power conversion device by effectively connecting the power semiconductor switches in series and multiplying their voltage capability by the number of switches connected in series. In the present invention, the mechanical layout of the switches and diodes is defined to prevent current loops. Electrically conductive buses connect the switches and diodes in such a way that all the electromagnetic fields generated by the currents in the circuit are instantaneously and accurately canceled in magnitude and phase. This is referred to as a balanced low inductance bus. It allows for evenly distributed electric fields and minimizes the stray inductance of the current path, thus minimizing voltage transients at the turn-off time of the switches. These features are particularly important in medium voltage devices to minimize the effects of partial discharge, insulation fatigue and eliminate the need for voltage transient suppressors. In this type of system the inductance can be determined by the equation:
L = [31.9*(D+SD)*(L)]/[(W)] L = [31.9 * (D + SD) * (L)] / [(W)]
여기서:here:
L은 전도성 버스 바의 총 인덕턴스이고,L is the total inductance of the conductive bus bars,
D는 병렬 버스 바들 간의 유전체 두께이고, D is the dielectric thickness between the parallel bus bars,
W는 전도성 버스 바의 폭이고,W is the width of the conductive bus bar,
L은 전도성 버스 바의 길이이고,L is the length of the conductive bus bar,
SD는 고주파수에서의 표피 효과에 기인하는 전도성 버스 바 내부의 전류 통로의 표피 깊이이며, SD = 1[√(πF M N)]에 의해 정의된다. 여기서 F는 전류의 주파수이고; M은 금속의 자성 투자율이고 N은 금속의 전도성이며, 예컨대 구리에 대해 SD = 2.61/[√F]이다.SD is the skin depth of the current path inside the conductive bus bar due to the skin effect at high frequencies and is defined by SD = 1 [√ (πF M N)]. Where F is the frequency of the current; M is the magnetic permeability of the metal and N is the conductivity of the metal, for example SD = 2.61 / [√F] for copper.
볼 수 있는 바와 같이, 인덕턴스는 유전체 두께에 직접적으로 비례한다. 본 발명에서, 유전체 두께 D의 감소는, 진공에 의한 공기의 제거, 및/또는 공기, 습도, 및 오염물질들을 근접하지 못하도록 하는 절연 매체에 버스 바 어셈블리를 담그는 것으로 인해 가능하게 된다. 이것은 이하에서 더 상세히 논의될 것이다.As can be seen, the inductance is directly proportional to the dielectric thickness. In the present invention, the reduction in dielectric thickness D is made possible by the removal of air by vacuum and / or by dipping the bus bar assembly in an insulating medium that keeps air, humidity, and contaminants away. This will be discussed in more detail below.
버스들은 일반적으로 구리, 알루미늄, 철 등과 같은 어떤 전기 전도성 물질로 만들어진다. 그러나, 도시된 대표적 실시예에서 알루미늄이 바람직하다. 알루미늄의 사용은 구리와 같은 다른 물질들보다 인치 당 더 높은 저항 값들을 제공하도록 작용하며, 이것은 AC 드라이브 시스템을 전기적으로 감쇠(dampening)하도록 하는 데 도움이 된다. 비록 고려되는 다양한 구성를 위해 또는 트랜지스터 배치를 위해 필요한 대로, 버스 바들의 모양 및 디멘션들이 변경될 수 있지만, 본 발명의 최적 작동에 중요한 버스 바들의 어떤 측면들의 기하학이 존재한다. 바람직한 실시예에서, 바들의 두께는 1/8 인치이고, 비록 버스 바들의 폭은 변화될 수 있지만, 버스 바들의 폭은 버스들의 두께보다 상당히 더 큰 것이 바람직하다(위에서 인덕턴스 식으로 언급함). 또한, 버스들 상에는 날카로운 모서리들 또는 에지들이 없어야 한다. 버스 바들은, 전계 집중의 역효과들을 감소시키는 데 도움이 되도록, 통상적으로 둥근 에지들을 가진다. 버스 바들은 또한 인덕턴스를 감소시키고 버스 바들의 제조 및 어셈블리 특성들을 개선하기 위하여 일반적으로 가능한 한 짧게 형성된다.Buses are generally made of some electrically conductive material, such as copper, aluminum, iron, and the like. However, aluminum is preferred in the exemplary embodiment shown. The use of aluminum serves to provide higher resistance values per inch than other materials such as copper, which helps to electrically dampen the AC drive system. Although the shape and dimensions of the bus bars can be varied as needed for the various configurations contemplated or for transistor arrangement, there are geometries of certain aspects of the bus bars that are important for optimal operation of the present invention. In a preferred embodiment, the thickness of the bars is 1/8 inch, and although the width of the bus bars may vary, it is preferred that the width of the bus bars is considerably larger than the thickness of the buses (mentioned above in inductance). In addition, there should be no sharp edges or edges on the buses. Bus bars typically have rounded edges to help reduce the adverse effects of field concentration. Bus bars are also generally formed as short as possible in order to reduce inductance and improve the fabrication and assembly characteristics of the bus bars.
고전압 전위들의 효과들은 주지되어 있으며, 전기적 작동 터미널들 및 버스들 주변의 기체들이 이온화되는 것으로 인한 코로나 효과를 포함한다. 노출된 전기적 작동 터미널들 및 버스들의 모양은, 금속 터미널의 전도성 경로를 공기와 같은 주위 기체들로 효과적으로 확장시키고 다른 전위의 터미널들 사이에 위치된 절연 장벽을 손상시키는, 코로나 효과를 악화시킬 수 있다. 코로나 효과는 절연의 파괴를 야기시킬 수 있다. 본 발명에서, 절연의 애플리케이션은 실질적으로 코로나 효과를 감소시키기 위해 행해진다. 또한, 절연 물질들 사이의 포켓들에서의 공기 분자들의 이온화는 부분 방전 현상으로 알려진 것을 야기시킬 수 있다. 이 현상은 전기적 아크(arc)의 형태로 고열을 방출하는 공기 포켓들 내에서 전기 전하들이 방전되도록 야기시킨다. 결국, 공기 포켓 내부에서의 반복된 방전, 즉 아킹(arcing) 후에, 탄소 트랙킹이 공기 포켓을 가로질러 브리지를 형성할 것이다. 아킹 및 탄소 트랙킹 발생은, 시간에 따라 버스들과 다른 전기적 활성 디바이스들 간의 절연층을 악화시킨다. 코로나 효과와 부분 방전 둘 모두는 다음을 포함하는 많은 요소들에 의해 강화된다: (1) 부분 방전들이 소정의 절연 두께에 대한 전하량을 증가시키는, 특히 공기에 노출된 때의, 날카로운 모서리의 컨덕터 표면들; (2) 절연 물질들 또는 컨덕터들을 사용하여 적어도 부분적으로 둘러싸인, 공기 또는 기체 충전된 공동들(cavities) 또는 균열들(crevices); (3) 컨덕터들의 평면 표면들과 절연 물질들 간의 공기 또는 기체 충전된 공간들; (4) 주위 영역들보다 낮은 표면 저항률을 갖는 절연 물질들 상의 작고 노출된 영역들.The effects of the high voltage potentials are well known and include the corona effect due to the ionization of gases around the electrically operated terminals and buses. The shape of exposed electrically actuated terminals and buses can exacerbate the corona effect, effectively extending the conductive path of the metal terminal to surrounding gases such as air and damaging the insulating barrier located between terminals of different potentials. . Corona effects can cause breakdown of insulation. In the present invention, the application of insulation is done to substantially reduce the corona effect. In addition, ionization of air molecules in pockets between insulating materials can cause what is known as a partial discharge phenomenon. This phenomenon causes electrical charges to be discharged in air pockets that emit high heat in the form of electrical arcs. Eventually, after repeated discharge, ie arcing, inside the air pocket, carbon tracking will form a bridge across the air pocket. Arcing and carbon tracking occurrences worsen the insulating layer between buses and other electrically active devices over time. Both the corona effect and the partial discharge are enhanced by many factors, including: (1) the sharp edge conductor surface, which increases the amount of charge for a given insulation thickness, especially when exposed to air field; (2) air or gas filled cavities or crevices, at least partially enclosed using insulating materials or conductors; (3) air or gas filled spaces between the planar surfaces of the conductors and the insulating materials; (4) Small, exposed areas on insulating materials having a lower surface resistivity than surrounding areas.
바람직한 실시예에서, 버스 바들은, 버스 바들의 표면에 존재할지도 모르는 어떤 또는 모든 결함들을 제거하기 위해 조립 전에 연마되며, 이것은 버스들의 성능을 최적화하도록 도우며, 전계 집중을 가능한 한 많이 감소시키는 데 도움이 된다. In a preferred embodiment, the bus bars are polished prior to assembly to remove any or all defects that may be present on the surfaces of the bus bars, which helps to optimize the performance of the buses and help to reduce the field concentration as much as possible. do.
도 5B 및 5C는 본 발명에 따라 실행되는 3레벨 인버터 브리지를 위한 평형 저인덕턴스 상호접속 버스를 도시한다. 이 도면들에서, 비록 이 실시예에서 측면들은 대칭형(항상 그런 경우가 되어야 하는 것은 아님)이지만, 열 교환기(20)의 각 측면이 도시된다. 도시된 실시예에서, 브리지 다리는 두 부분들로 나누어진다: 양의 반(positive half)과 음의 반(negative half). 도 5B 및 5C에 도시된 바와 같이, 한쪽은 양전류 흐름을 위해 사용되는 반면에 다른쪽은 음전류 흐름을 위해 사용된다. 바람직한 실시예에서, 전력 반도체 스위치들(30, 31, 32)의 레이아웃은 순시 전류 경로가 잘 결정되도록 행해진다. 5B and 5C show a balanced low inductance interconnect bus for a three level inverter bridge implemented in accordance with the present invention. In these figures, although the sides in this embodiment are symmetrical (not always required), each side of the heat exchanger 20 is shown. In the illustrated embodiment, the bridge leg is divided into two parts: positive half and negative half. As shown in Figures 5B and 5C, one is used for positive current flow while the other is used for negative current flow. In a preferred embodiment, the layout of the power semiconductor switches 30, 31, 32 is done so that the instantaneous current path is well determined.
다음의 논의는 3레벨 인버터 브리지의 1/3의 양의 반을 도시하는 도 5B에 대해 도시된 것을 언급할 것이지만, 3레벨 인버터 브리지의 1/3의 음의 반을 도시하는 도 5C에 대해서도 동일할 것이다. 도시된 구성에서, 시스템은 IGBT 스위치(32), 다이오드(31), 및 제 2 IGBT 스위치(30)를 포함한다. 스위치(30)의 전류는 다이오드(31) 또는 스위치(32)가 온(on)되든지 그렇지 않든지 항상 턴온(turn on)되기 때문에, 이 스위치(30)를 커패시터 뱅크로부터 가장 멀리 위치시키는 것이 바람직하다. 커패시터 뱅크(60)는 나란히 위치된 두개의 커패시터들로 구성되고, 한 커패시터는 양의 반을 담당하고, 다른 것은 3레벨 인버터 브리지의 1/3의 음의 반을 담당한다(이 컴포넌트들의 위치들은 본 발명의 범위를 변경하거나 본 발명에 영향을 미치지 않으면서 원하는 구성에 따라 필요한 대로 변경될 수 있다는 것을 유의해야 한다). 중성 전류를 운송하는 다이오드(31)는 스위치(30)의 옆에 있고, 양전류(또는 도 5C에 도시된 음전류)를 운송하는 스위치(32)는 다이오드(31) 옆에 있다. 스위치(32)는 전기 버스(55)를 통해 커패시터 터미널들(61)에 접속되고, 버스(50)를 통해 다이오드(31) 및 스위치(30)에 접속된다. 스위치(32)가 턴온되고 다이오드(31)가 오프되면, 그후에 전류경로는 커패시터 터미널들(61)로부터 나와 터미널(63)에서 스위치(32)로 가고, 그후에 스위치(32)를 통해 터미널(64)을 나와서 다이오드(31)을 지나 스위치(30) 상의 터미널(65)로 간다. 전류는 그후 스위치(30)을 통해 가서 터미널(66)의 밖으로 나와서 복귀 버스 바(70)을 통해 복귀하며, 이것은 전체 시스템 인덕턴스를 감소시키기 위해 적절히 가능한 한 (버스 바들(50, 55와 75)간에) 커패시터 뱅크(60)을 향해 되돌아간다. 이 구성에서, 버스들(50, 55)을 따라, 커패시터 터미널들(61)의 밖으로 나오는 전류는 버스 바(70)에서 커패시터들(61)을 향해 병렬 경로로 되돌아 간다. 이 폐쇄 병렬 경로는 전도 버스들을 통해 전류가 통과함으로서 발생하는 자계를 크기 및 위상 모두에 있어서 소거(또는 상당히 감소)하는 경향이 있으며, 그러므로, 전체 시스템 인덕턴스를 감소시킨다. The following discussion will refer to that shown for FIG. 5B showing a positive half of a three level inverter bridge, but the same for FIG. 5C showing a negative half of a three level inverter bridge. something to do. In the configuration shown, the system includes an IGBT switch 32, a diode 31, and a second IGBT switch 30. Since the current in the switch 30 is always turned on whether the diode 31 or the switch 32 is on or not, it is preferable to position this switch 30 farthest from the capacitor bank. . Capacitor bank 60 consists of two capacitors positioned side by side, one capacitor responsible for the positive half and the other for 1/3 the negative half of the three-level inverter bridge. It should be noted that the present invention can be changed as necessary according to the desired configuration without changing the scope of the present invention or affecting the present invention). The diode 31 carrying the neutral current is next to the switch 30 and the switch 32 carrying a positive current (or negative current shown in FIG. 5C) is next to the diode 31. The switch 32 is connected to the capacitor terminals 61 via the electric bus 55 and to the diode 31 and the switch 30 via the bus 50. When the switch 32 is turned on and the diode 31 is off, the current path then exits the capacitor terminals 61 to the switch 32 at the terminal 63 and then through the switch 32 to the terminal 64. Exit through diode 31 to terminal 65 on switch 30. The current then goes through the switch 30 and out of the terminal 66 to return through the return bus bar 70, which is as appropriate as possible to reduce the overall system inductance (between bus bars 50, 55 and 75). ) Returns to the capacitor bank 60. In this configuration, along the buses 50, 55, the current coming out of the capacitor terminals 61 returns in a parallel path from the bus bar 70 toward the capacitors 61. This closed parallel path tends to cancel (or significantly reduce) both the magnitude and phase of the magnetic field resulting from the passage of current through the conducting buses, thus reducing the overall system inductance.
스위치(32)가 턴오프될 때, 다이오드(31)는 턴온되고, 커패시터 터미널들(62)로부터 버스바(75)를 통해 다이오드(31)의 터미널(67)로, 다이오드(31)을 통해 터미널(68)에서 다이오드(31)밖으로 나와 버스 바(50)를 경유하여 스위치(30)로 전류를 전도한다. 전류는 그후 스위치(30)을 통하여 터미널(66)에서 스위치(30)밖으로 나와 버스 바(70)를 따라 커패시터 뱅크(60)를 향해 되돌아가며, 버스 인덕턴스를 최소화하는 폐쇄 병렬 전류 경로를 다시 생성한다. 전류를 모터(도시되지 않음), 또는 버스로의 접속(69)을 통해 드라이브에 의해 작동되고 있는 어떤 다른 디바이스로 운송하기 위해 사용되는 것은 버스(70)이다. 복귀 버스(70)가 두개의 구동 버스들(50, 55 및 75, 각각)의 중간에 위치되어 작동 동안에 활성 버스들이 등거리임을 보증하기 때문에, 이러한 구성에서, 위의 주기들 둘 모두(스위치(32)가 온되든지 오프되든지) 동안에, 시스템의 인덕턴스는 매우 유사할 것이라는 것을 유의해야 한다. When the switch 32 is turned off, the diode 31 is turned on, from the capacitor terminals 62 to the terminal 67 of the diode 31 via the busbar 75 and through the terminal 31. Out of the diode 31 at 68 it conducts current to the switch 30 via the bus bar 50. Current then exits switch 30 from terminal 66 through switch 30 and back to capacitor bank 60 along bus bar 70, again creating a closed parallel current path that minimizes bus inductance. . It is the bus 70 used to transport the current to a motor (not shown), or any other device that is being operated by the drive through a connection 69 to the bus. In this configuration, both of the above cycles (switch 32 Note that while) is on or off, the inductance of the system will be very similar.
버스 성능을 최적화하도록 돕기 위해, 서로 병렬인 버스들의 부분들이 버스들의 병렬 부분들에서 어떤 종류의 부착 홀들 또는 결함들도 갖지 않는 것이 일반적으로 바람직함을 유의해야 한다. To help optimize the bus performance, it should be noted that it is generally desirable for parts of the buses that are parallel to each other to have no kind of attachment holes or defects in the parallel parts of the buses.
버스들과 전기 컴포넌트들(다이오드, 커패시터들, 및 스위치들) 간의 전기적 접속은 버스들의 플랜지들(flanges)(51-54, 56-59)을 경유하여 이루어져야 한다. 버스들에서 다이오드, 트랜지스터들 및 커패시터들로 전류를 전달하는 것을 최적화하기 위해서 플랜지들(51-54, 56-59)이 버스들(50, 55, 70, 75)의 병렬 부분과 일체로 되는 것이 바람직하다. 더우기, 버스들이 커패시터들, 트랜지스터들 및 다이오드들에 직각으로 고정되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 전기적 작동 디바이스들로의 접촉점들에서 버스들에 의해 발생되는 인덕턴스량을 최소화한다. 또한, 인덕턴스를 최소로 유지하기 위해, 버스들이 디바이스들에 고정되는 플랜지 각들은 가능한 한 날카로워야 한다. 이것은 버스들의 병렬 부분들이, 그들이 접속들에 접근할 때 가능한 한 서로에 근접하게 머무를 것을 보증할 것이다. Electrical connections between buses and electrical components (diodes, capacitors, and switches) must be made via flanges 51-54, 56-59 of the buses. The flanges 51-54, 56-59 are integral with the parallel portions of the buses 50, 55, 70, 75 to optimize the transfer of current to the diodes, transistors and capacitors in the buses. desirable. Moreover, it is desirable for the buses to be fixed at right angles to the capacitors, transistors and diodes. This configuration minimizes the amount of inductance generated by the buses at the points of contact to the electrically actuated devices. In addition, to keep the inductance to a minimum, the flange angles at which the buses are fixed to the devices should be as sharp as possible. This will ensure that the parallel parts of the buses stay as close to each other as possible when they access the connections.
본 발명의 버스 바들(50, 55, 70, 및 75)은 절연체(40, 41)의 양쪽 측면에 끼워 넣어진다. 절연체들(40, 41)은 압축된 마이카(mica), 테프론(Teflon), 폴리에스테르 시트들, 아라미드 섬유들 또는 시트들, 및 다른 유사한 합성 절연 물질들과 같은 어떤 비전도성 절연 물질로 만들어 질 수 있다. 그러나, 버스들 간의 부분 방전을 방지하는 것에 관한 적층 마이카의 최적 특성들로 인해 AC 전압 버스 바들에 대해서 적층 마이카를 사용하는 것이 바람하지만, Nomex?와 같은 아라미드 물질은 일반적으로 DC 전압 버스 바들에 대해 바람직하다. The bus bars 50, 55, 70, and 75 of the present invention are fitted to both sides of the insulators 40, 41. Insulators 40 and 41 may be made of any non-conductive insulating material such as compressed mica, Teflon, polyester sheets, aramid fibers or sheets, and other similar synthetic insulating materials. have. However, although it is desirable to use laminated mica for AC voltage bus bars due to the optimal properties of laminated mica for preventing partial discharges between buses, aramid materials such as Nomex® are generally used for DC voltage bus bars. desirable.
본 발명의 AC 전압 버스 바들(50, 55, 70, 및 75)에 대하여, 비록 기존 AC 드라이브들에서 코로나 효과(즉, 아킹)로부터 비롯되는 문제들을 회피하기 위해서 절연체의 두께가 2 인치만큼 높게 될 수 있지만, 본 발명의 새로운 측면들 때문에(이하에서 더 논의될 것임), 절연체들(40, 41)의 두께는 0.020인치 만큼 낮게 될 수 있다 (그러나 중간 전압 스펙트럼의 더 높은 단들에 대해서는 더 높아야 한다). 사용되는 절연 물질의 유형은 소정의 전압 레벨에 대해 필요한 두께를 결정할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 두께는 부가적인 보호 및 수명을 제공하기 위해 일반적으로 약 0.060 인치이다. 이렇게 감소된 두께는 병렬 버스 바들간의 인덕턴스를 매우 감소시키며, 바람직한 실시예에서, 4 인치 폭과 1/8 인치 두께의 알루미늄 버스 바와, 버스 바들간에 0.060 인치 두께의 마이카 절연체를 가지고, 미터 당 30 나노 헨리의 인덕턴스가 성취된다. 반대 계들을 가진 두개의 평면 버스 바들의 인덕턴스가 바들 간의 공간의 거리에 직접적으로 관련되기 때문에, 매우 얇은 절연체를 사용하면 전체 인덕턴스에서 상당한 감소를 이루며, AC드라이브의 전체 사이즈에 있어 상당한 감소를 허용할 것이다. For the AC voltage bus bars 50, 55, 70, and 75 of the present invention, the thickness of the insulator will be as high as 2 inches to avoid problems resulting from corona effect (ie arcing) in existing AC drives. However, because of new aspects of the present invention (which will be discussed further below), the thickness of the insulators 40 and 41 can be as low as 0.020 inches (but should be higher for higher ends of the intermediate voltage spectrum). ). The type of insulating material used will determine the required thickness for a given voltage level. For example, in a preferred embodiment of the present invention, the thickness is generally about 0.060 inches to provide additional protection and lifespan. This reduced thickness greatly reduces the inductance between parallel bus bars and, in a preferred embodiment, has a 4 inch wide and 1/8 inch thick aluminum bus bar and a 0.060 inch thick mica insulator between the bus bars, 30 nanometers per meter. Henry's inductance is achieved. Since the inductance of two planar bus bars with counter systems is directly related to the distance between the bars, the use of very thin insulators results in a significant reduction in overall inductance, which will allow a significant reduction in the overall size of the AC drive. will be.
또한, 현재 AC 드라이브에서는, 버스 바들이 공기에 노출되기 때문에 버스 바들 간의 절연을 최대화하기 위해 절연체를 버스 바들의 에지들 위로 상당히 확장하도록 할 필요가 있다. 다음의 논의에서 더 명확하게 될 본 발명의 새로운 구성으로 인해, 절연체가 버스 바들의 에지들 위로 상당히 확장되도록 하는 것은 필요하지 않다. 그러나, 적절한 보호 및 부가된 손상 견딤 특성들을 제공하기 위해서 절연체들(40, 41)이 바들의 에지로부터 적어도 약간의 거리로 확장하는 것이 바람직하다는 것을 유의해야 한다. 절연체(40, 41)가 요구되는 것보다 더 확장되도록 하는 것은, 절연체의 계 또는 현장 보수들(field or on-site repairs)이 중대하지 않고, 따라서 작은 에지 부분이 고장나거나 제거되어도 전체 절연체의 교체를 필요로 하지 않는다는 것을 보증한다. In addition, in current AC drives, since the bus bars are exposed to air, it is necessary to make the insulator significantly extend over the edges of the bus bars to maximize the insulation between the bus bars. Due to the new configuration of the present invention, which will become clearer in the following discussion, it is not necessary to allow the insulator to extend significantly over the edges of the bus bars. However, it should be noted that the insulators 40 and 41 extend at least some distance from the edges of the bars in order to provide adequate protection and added damage tolerance properties. It is important to ensure that the insulators 40 and 41 are extended beyond what is required, so that field or on-site repairs of the insulator are not critical and therefore the replacement of the entire insulator even if a small edge part fails or is removed. To ensure that it does not require
이제 도 6A, 6B, 및 6C로 가면, 본 발명에 따른 실질적으로 완성된 인커터(100)가 도시된다. 이 도면들에서, 인버터(100)의 전기적 작동 컴포넌트들이 절연 물질(90)과 보호 하우징(95)에 의해 외부 대기로부터 밀폐되어 있음을 볼 수 있다. 절연 물질(90)은 해로운 대기 또는 공기를 봉쇄하기 위해 통상적으로 전기적 활성 디바이스들(즉, 스위치들, 다이오드, 커패시터 접속들, 및 버스 바들)의 전부 또는 실질적으로 전부를 덮는다. 비록, 비전도성 기체, 기름, 또는 젤과 같이 어떤 비전도성 절연 물질이 사용될 수 있지만, 포팅 화합물(potting compound)이 사용되는 것이 일반적으로 바람직하다.Turning now to FIGS. 6A, 6B, and 6C, a substantially completed injector 100 in accordance with the present invention is shown. In these figures, it can be seen that the electrically actuated components of the inverter 100 are sealed from the outside atmosphere by the insulating material 90 and the protective housing 95. Insulating material 90 typically covers all or substantially all of electrically active devices (ie, switches, diodes, capacitor connections, and bus bars) to contain harmful air or air. Although any nonconductive insulating material may be used, such as a nonconductive gas, oil, or gel, it is generally preferred that potting compounds be used.
포팅 화합물(90)은 어떤 알려진 또는 통상적으로 사용되는 비전도성 절연체가 될 수 있지만, 가급적 RTV 실리콘 기반의 화합물이다. 또한 그 화합물이 다음의 물리적 특성들 중 적어도 일부를 갖는 것이 바람직하다. The potting compound 90 may be any known or commonly used nonconductive insulator, but is preferably a RTV silicon based compound. It is also preferred that the compound has at least some of the following physical properties.
부을 때 수지의 점도 - 20.000 cps,Viscosity of resin when poured-20.000 cps,
경도, Shore A - 28,Hardness, Shore A-28,
인장 강도 - 1,014 psi,Tensile strength-1,014 psi,
파괴시의 신장도 - 600%,Elongation at break-600%,
균열 저항성 170 lbs/inch, Crack resistance 170 lbs / inch,
선 수축 - 1% 미만.Line shrinkage-less than 1%.
사용될 수 있는 그러한 절연체의 예는 Elastocil? M4601이며, 그것의 뛰어난 보수가능성(reparability) 특성들을 위해 Wacker Chemie GmbH에 의해 만들어진다. 유사한 또는 등가의 특성들을 갖는 어떤 다른 실리콘 기반의 화합물도 또한 바람직할 것이다. 위의 컴포넌트들 주위에 포팅 화합물(90)을 사용하는 것은, 이 컴포넌트들이 통상적으로 노출될 공기 또는 다른 해로운 기체들의 전부 또는 거의 전부가 이 컴포넌트들에 접촉하지 못하도록 방지한다. 이러한 공기 또는 기체들의 제거는 그들이 컨덕터로서 작용하는 것을 방지하며, 그러한 것은 코로나 효과 및 부분 방전이 발생하는 것을 방지한다. 이로 인해, 전기적 활성 컴포넌트들의 전부가 서로 매우 근접하게 위치될 수 있지만, 선행기술에서는 그들이 서로 상대적으로 긴 거리로 유지되도록 해야되고 따라서 드라이브의 사이즈를 증가시킨다. Examples of such insulators that can be used are Elastocil? M4601, made by Wacker Chemie GmbH for its excellent reparability properties. Any other silicon based compound with similar or equivalent properties would also be desirable. Using the potting compound 90 around the above components prevents all or almost all of the air or other harmful gases to which these components are typically exposed to contact these components. Removal of such air or gases prevents them from acting as a conductor, which prevents the corona effect and partial discharge from occurring. This allows all of the electrically active components to be placed very close to each other, but in the prior art they have to be kept at relatively long distances from each other and thus increase the size of the drive.
절연체(90)는, 전기적 활성 디바이스들 내부 및/또는 주위의 공기 포켓들 및 갭들의 전부 또는 거의 전부를 실질적으로 관통하는 방식으로, 컴포넌트들 위에 또는 주변에, 알려진 프로세스들을 사용하여, 부유(stray)되고, 부어지고 그렇지 않으면 인가된다. 어떤 실질적인 양의 공기 또는 대기의 존재는 고전압 디바이스들을 서로 근접하도록 하는 것에 관련된 역효과들이 발생되도록 허용할 것이며, 그것은 본 발명이 매우 감소시키거나 제거하려는 것이다. 경화 후에 실리콘 절연체 화합물은 액체로부터 다양한 양의 굳기(firmness)를 가진 젤과 같은 주도(consistency)로 변할 수 있기 때문에, 위의 화합물(90) 및 그것의 등가물들의 또다른 유익한 측면은 보수가 필요한 때 전기 컴포넌트들로부터의 그 제거가능성(removability)이다. 보수들을 위해 화합물을 제거할 때 화합물(90)과 컴포넌트들 간에 가능한 한 작은 부착력을 갖는 것이 바람직하다. 이것은 보수 시간 및 비용들을 감소시킬 것이다. The insulator 90 is suspended using known processes, on or around the components, in a manner that substantially penetrates all or almost all of the air pockets and gaps within and / or around the electrically active devices. ), Poured and otherwise applied. The presence of any substantial amount of air or atmosphere will allow adverse effects related to bringing the high voltage devices close to each other, which is what the present invention seeks to greatly reduce or eliminate. After curing, the silicone insulator compound may change from liquid to gel-like consistency with varying amounts of firmness, so another beneficial aspect of compound 90 and its equivalents is when repair is needed. Its removability from electrical components. It is desirable to have as little adhesion as possible between compound 90 and components when removing the compound for repairs. This will reduce maintenance time and costs.
또한 상기 바람직한 실리콘 화합물들은 중간 전압 AC 드라이브들에서 발생할 수 있는 많은 문제들을 허용하지 않는다는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 실리콘 화합물들은 피로 또는 파괴 없이 고전압 과도현상들과 그들에 수반되는 응력들, 자력, 온도 변이들 및 레벨들, 및 고전압 유전체 응력에 저항력이 있다. 더우기, 실리콘 화합물은 고도, 온도, 습도, 공기품질 등에 관계없이 어떤 환경 조건에서도 그 무결성(integrity)을 유지한다. 또한, 공기가 전기 컴포넌트들에 접촉하지 않도록 제거되기 때문에, 버스들 또는 다른 컴포넌트들을 접촉하는 공기의 역효과들을 방지하기 위해 공기를 조절하거나 여과할 필요가 없다. 전류 AC 드라이브는 공기를 노출된 전기 컴포넌트들 위로 통과시켜 냉각되므로, 냉각 시스템을 위한 실질적인 여과 및 환경적 제어들을 필요로 한다. 이것은 몇가지 어려운 애플리케이션들에서 전류 드라이브들을 사용하는 것이 금지되도록 만든다.It should also be noted that the above preferred silicon compounds do not tolerate many of the problems that can occur in medium voltage AC drives. For example, silicon compounds are resistant to high voltage transients and accompanying stresses, magnetic forces, temperature variations and levels, and high voltage dielectric stress without fatigue or breakdown. Moreover, silicone compounds maintain their integrity under any environmental conditions, regardless of altitude, temperature, humidity, air quality, and so on. In addition, since air is removed so that it does not come into contact with electrical components, there is no need to adjust or filter the air to prevent adverse effects of air contacting buses or other components. Current AC drives cool by passing air over exposed electrical components, requiring substantial filtration and environmental controls for the cooling system. This makes it impossible to use current drives in some difficult applications.
부가적으로, 포팅 화합물(90)은 공기만큼, 또는 심지어 공기보다 더 열을 전달 및 흡수하고, 따라서 버스들 및 다른 전기 컴포넌트들에서 화합물로의 열 전달을 허용하며, 이것은 그후 열 싱크 어셈블리(heat sink assembly)의 증발 판(22)으로 전달되거나 포팅 화합물(90) 자체의 표면을 통해 인클로저 (enclosure)(95)로 방출되어 공기로 방출된다. 그러므로, AC 드라이브의 열 관리 특성들에는 손실에 없다. 도 6A-6C에서 도시된 바와 같이, 포팅 화합물(90)은, 버스들(50, 55, 70, 75)이 다이오드(31), 트랜지스터들(30, 32) 및 커패시터들(61, 62)에 접촉하는, 인버터(100)의 공간의 상당한 부분을 채운다. 사실, 필수적이지는 않지만, 공기가 이들 컴포넌트들과 접촉하는 것을 방지하기 위해서 포팅 화합물(90)이 적어도 이 컴포넌트들 모두를 덮는 것이 바람직하다. 화합물이 커패시터들(61, 62) 터미널들을 덮는 데 사용될 때, 이 터미널들의 높이는 감소될 수 있으며, 따라서 커패시터들이 더 낮은 내부 인덕턴스를 갖도록 허용한다. 그러나, 화합물(90)이 이 접촉점들을 덮는데 사용되지 않는다면, 커패시터들(61, 62)의 청결(clearance)을 위한 제조업자 필요조건들은 유지되어야 한다. Additionally, the potting compound 90 transfers and absorbs heat as much as air, or even more than air, thus allowing heat transfer from the buses and other electrical components to the compound, which then heats the heat sink assembly. It is delivered to the evaporation plate 22 of the sink assembly or to the enclosure 95 through the surface of the potting compound 90 itself to be released into the air. Therefore, there is no loss in the thermal management characteristics of the AC drive. As shown in FIGS. 6A-6C, the potting compound 90 is characterized in that buses 50, 55, 70, 75 are connected to diode 31, transistors 30, 32 and capacitors 61, 62. It makes up a substantial portion of the space of the inverter 100 that is in contact. In fact, although not essential, it is desirable for the potting compound 90 to cover at least all of these components to prevent air from contacting these components. When a compound is used to cover the capacitors 61, 62 terminals, the height of these terminals can be reduced, thus allowing the capacitors to have lower internal inductance. However, if compound 90 is not used to cover these contact points, the manufacturer requirements for cleanness of capacitors 61 and 62 must be maintained.
화합물(90)과 열 교환기 어셈블리(20) 간에 가능한 최대 열 전달 표면을 제공하기 위해 포팅 화합물(90)은 통상적으로 증발 판(22)의 거의 전체 표면을 덮도록 가해진다. 부가적으로, 포팅 화합물(90)은 무결성을 보증하기 위해 섹션들 내에가 아니라 단일 부품으로서 인버터(100)에 설치되는 것이 바람직하며, 화합물(90)은 사소한 손상이 화합물의 보호 특성들을 손상시키지 않도록 하는 두께를 가지는 것이 바람직하다. 적절한 보호를 제공하는 것에 부가하여, 더 두꺼운 코팅의 화합물을 사용하는 것은, 화합물이, 기계적 진동들을 감쇠시키는 버스들(50, 55, 70, 75)을 위한 기계적 지지를 제공하도록 허용하며, 따라서 버스들을 장소에 고정시키기 위해 현재 AC 드라이브들에 존재하는 다수의 부가적인 구조적 컴포넌트들에 대한 필요를 제거할 수 있다. Potting compound 90 is typically applied to cover almost the entire surface of evaporation plate 22 to provide the maximum possible heat transfer surface between compound 90 and heat exchanger assembly 20. In addition, the potting compound 90 is preferably installed in the inverter 100 as a single part rather than in sections to ensure integrity, and the compound 90 is such that minor damage does not impair the protective properties of the compound. It is desirable to have a thickness. In addition to providing adequate protection, using a thicker coating of the compound allows the compound to provide mechanical support for the buses 50, 55, 70, 75 that dampen mechanical vibrations and thus The need for a number of additional structural components currently present in AC drives can be eliminated to lock them in place.
화합물(90)의 정확한 구성과 외부 디멘션들은 사용되는 드라이브와 컴포넌트들의 구성 및 특성들에 따라 다양할 수 있다. 도 6A 내지 6C 에 도시된 실시예에서, 화합물(90)은 일반적으로, 4,160 VAC RMS에 이르는 작동 전압들을 허용하기 위해 모든 덮혀진 고전압 컴포넌트들 주위에 적어도 1 인치의 두께를 갖는다. 그 두께는 공간, 비용 및 무게 고려들 뿐 아니라 주로 인가되는 전압의 양에 대해 최적화되어야 한다. 화합물(90)의 비용을 감소시키는 데 도움이 되기 위해, 그것의 유익한 특성들을 손상시키지 않으면서 사용되는 화합물의 전체 부피량을 감소시키도록 유전 충전제(펠릿 또는 다른 모양들)가 화합물(90)에 사용될 수 있다. 비록 화합물(90)이 다소 컴포넌트들과 버스들(버스들이 위치된 불룩한 부분이 있다)의 윤곽을 따르는 것처럼 도면에 도시되지만, 입체 블록(solid block)이 평탄한 측면들을 갖도록 사용될 수 있다. 그러한 구성은 15,000V보다 높은 전압과 같이 실리콘의 부가된 보호를 필요로 할 애플리케이션들에 대해 바람직할 것이다. 도 1C, 2B, 3A-3C 및 4A에서, 점선은 열 교환기 어셈블리들에 있어 전기적 작동 컴포넌트들 주위에 행해지는 화합물(90)의 대표적인 인케이싱을 도시하는 데 사용된다. The exact configuration and external dimensions of compound 90 may vary depending on the configuration and characteristics of the drive and components used. In the embodiment shown in FIGS. 6A-6C, compound 90 generally has a thickness of at least 1 inch around all covered high voltage components to allow operating voltages up to 4,160 VAC RMS. The thickness should be optimized primarily for the amount of voltage applied as well as space, cost and weight considerations. To help reduce the cost of compound 90, a dielectric filler (pellet or other shapes) may be added to compound 90 to reduce the total volume of compound used without compromising its beneficial properties. Can be used. Although compound 90 is shown in the figure as somewhat following the outline of components and buses (the bulge is where the buses are located), a solid block can be used to have flat sides. Such a configuration would be desirable for applications that would require added protection of silicon, such as voltages higher than 15,000V. In FIGS. 1C, 2B, 3A-3C and 4A, dashed lines are used to show representative encasing of compound 90 which is done around the electrically actuated components in the heat exchanger assemblies.
또한 화합물 하우징(95)이 도 6A-6C에 도시된다. 컴포넌트들 및 화합물(90)에 부가적인 보호를 제공하고 화합물(90)이 그 모양을 유지하는데 도움이 되기 위해, 하우징(95)이 부가된다. 몇가지 애플리케이션들에서, 몇가지 화합물들로, 하우징(95)을 사용하는 것이 필수적인 것은 아니지만, 그것이 바람직하다. 하우징(95)은 플라스틱, 금속, 탄소 복합물 등과 같은 어떤 알려진 또는 통상적으로 사용되는 물질로 만들어질 수 있다. 그러나, 하우징(95)이 내부 컴포넌트들에 부가적인 정전 및 전자기 차폐를 제공하기 위한 물질로 만들어 지는 것이 바람직하다. Compound housing 95 is also shown in FIGS. 6A-6C. Housing 95 is added to provide additional protection to components and compound 90 and to help compound 90 maintain its shape. In some applications, with some compounds, using the housing 95 is not necessary, but it is preferred. Housing 95 may be made of any known or commonly used material, such as plastic, metal, carbon composite, and the like. However, it is desirable for the housing 95 to be made of a material to provide additional electrostatic and electromagnetic shielding to the internal components.
또한, 사용되는 절연체 또는 화합물(90)의 유형을 정합시키기 위해 하우징(95)의 구조적 무결성이 이루어져야 한다. 전기 컴포넌트들을 보호하고 공기가 고전압 전기 컴포넌트들과 접촉하도록 하는 것의 역효과(예컨대, 코로나 효과)를 방지하기 위해서, 본 발명은 어떠한 전기적 및 환경적 절연 물질을 사용하는 것도 고려한다. 예들은 질소와 같은 순수한 기체들, 기름들, 젤들, 실리콘 포팅 화합물들, 또는 심지어 진공을 사용하는 것을 포함한다. 이 절연 방법들 전부는 실질적으로 공기를 제거하고 및/또는 고전압 컴포넌트들로부터 대기를 봉쇄하며, 고전압 컴포넌트들 내에 또는 주위에 어떠한 개방 공간들을 주입(impregnating)시켜 고전압 컴포넌트들이 서로 매우 근접하게 위치되도록 허용한다. 질소, 기름들, 또는 진공과 같이 이들 중 일부가 사용될 때, 하우징(95)은 절연의 무결성이 유지될 수 있도록(예를 들어, 진공이 유지될 수 있도록) 제조되어야 한다. 그러한 하우징을 제조하는 데 수반되는 어려움과 비용들 때문에, 엄격한 봉쇄(containment) 필요조건들이 요구되지 않는 절연체를 사용하는 것이 바람직하며, 그러한 화합물들은 그들의 무결성을 유지할 수 있는 이전에 언급된 바람직한 물질 특성들을 갖는다.In addition, structural integrity of the housing 95 must be achieved to match the type of insulator or compound 90 used. In order to protect electrical components and to prevent adverse effects (eg, corona effects) of bringing air into contact with high voltage electrical components, the present invention contemplates using any electrical and environmental insulating material. Examples include using pure gases such as nitrogen, oils, gels, silicone potting compounds, or even vacuum. All of these isolation methods substantially remove air and / or seal off the atmosphere from the high voltage components, impregnating any open spaces in or around the high voltage components, allowing the high voltage components to be placed very close to each other. do. When some of these are used, such as nitrogen, oils, or vacuum, the housing 95 must be manufactured so that the integrity of the insulation can be maintained (eg, the vacuum can be maintained). Because of the difficulties and costs involved in manufacturing such a housing, it is desirable to use an insulator that does not require strict containment requirements, and such compounds have the previously mentioned desirable material properties that can maintain their integrity. Have
사용되는 유전 절연체 화합물(90)에 있어서, 비록 한 부분, 두 부분, 세 부분의 실리콘, 또는 유사한 절연체 화합물(90)이 사용될 수 있지만, 사용되는 절연체 화합물(90)은 인버터(100) 상에 설치하기 전에 "기체가 제거(de-gased)" 된다. 화합물들이 혼합될 때 그것은 종종 그 혼합물에 공기 기포들 및 기체의 유입을 야기시키며, 절연체 화합물(90)이 인버터(100) 상에 위치될 때 이 공기 기포들이 절연체 화합물(90)에 잔존하게 되면, 공기가 컴포넌트들 및 버스들과 접촉하게 되어 현재 AC 드라이브들이 가지는 것과 유사한 문제들을 야기시키기 때문에, 시스템의 작동은 악영향을 받게 될 것이다. In the dielectric insulator compound 90 used, although one, two, three parts silicon, or similar insulator compound 90 may be used, the insulator compound 90 used is installed on the inverter 100. Before it is "de-gased". When the compounds are mixed it often causes the inflow of air bubbles and gases into the mixture, and if these air bubbles remain in the insulator compound 90 when the insulator compound 90 is positioned on the inverter 100, The operation of the system will be adversely affected as the air comes into contact with the components and buses, causing problems similar to those presently present with AC drives.
또한, 본 발명의 AC 드라이브가 중간 전압 스펙트럼의 더 높은 전압 범위에 대하여 사용되어야 할 때, 절연체 화합물(90)은 그 애플리케이션 이후에 "진공" 상태로 된다. 본질적으로, 이 프로세스는, 절연체 화합물(90)이 세팅되는 동안에, 절연체 화합물(90)을 인버터(100)(또는 어떤 다른 성분)에 가하고 컴포넌트 전체를 어떤 종류의 진공 챔버에 위치시키는 것을 수반한다. 그후 절연 화합물(90)이 세팅되는 동안에, 챔버 내의 공기 압력이 감소되고, 따라서 혼합물내의 어떤 잔존 공기, 또는 컴포넌트들과 절연체 화합물(90) 사이의 잔존 공기가 절연체 화합물(90) 및/또는 인버터로부터 제거되도록 허용한다. 이것은, 공기의 역효과들이 회피되어, AC 드라이브의 작동 수명 및 효율을 매우 증가시키며, 발생하는 인덕턴스를 감소하기 위해 인버터(100)의 컴포넌트들이 더 가까이 모여 위치되도록 하는 것을 허용하여, AC 드라이브 자체의 전체 크기를 감소시키도록 보증할 것이다. AC 드라이브가 더 낮은 전압 범위들에서 작동할 애플리케이션들에서, "진공" 프로세스는 전기 부하들 및 전기력들이 중요하지 않은 만큼 필요하지 않다. In addition, when the AC drive of the present invention is to be used for the higher voltage range of the intermediate voltage spectrum, the insulator compound 90 is in a "vacuum" state after that application. In essence, this process involves applying the insulator compound 90 to the inverter 100 (or any other component) and positioning the entire component in some kind of vacuum chamber while the insulator compound 90 is being set. Then, while the insulating compound 90 is set, the air pressure in the chamber is reduced, so that any remaining air in the mixture, or remaining air between the components and the insulator compound 90, from the insulator compound 90 and / or the inverter Allow to be removed. This allows the adverse effects of air to be avoided, greatly increasing the operating life and efficiency of the AC drive, and allowing components of the inverter 100 to be located closer together to reduce the inductance that occurs, thereby reducing the overall of the AC drive itself. Will ensure to reduce the size. In applications where the AC drive will operate in lower voltage ranges, a "vacuum" process is not necessary as long as electrical loads and electrical forces are not critical.
부가적으로, 절연체 합성물(90)이 여전히 액체 형태로 있는 동안에 절연체 합성물(90)이 인버터 어셈블리(100)에 가해지는 것이 바람직하다. 액체 형태로, 그것이 경화하기 전에, 실리콘 화합물은 매우 낮은 표면 장력을 가지며, 이것은 화합물(90)이 절연체(40), 및/또는 버스들 내 및 주위의 어떤 다른 작은 갭들에 주입되고, 따라서 어떤 갭들 내에 존재하는 공기를 제거하고 그것을 절연체 화합물(90)로 대체하는 것을 허용한다. 바람직한 실시예에서, 이 주입은 주입전에 전체 인버터 모듈(100)을 진공시킴으로서 강화된다. Additionally, it is desirable that insulator composite 90 is applied to inverter assembly 100 while insulator composite 90 is still in liquid form. In liquid form, before it cures, the silicon compound has a very low surface tension, which causes compound 90 to be injected into the insulator 40 and / or any other small gaps in and around the buses, and thus some gaps It allows removing the air present within and replacing it with insulator compound 90. In a preferred embodiment, this injection is enhanced by evacuating the entire inverter module 100 before injection.
본 발명에 따라 인버터(100)를 제조할 때, 먼저, 상부 버스들과 하부 버스들 간에 진정한 병렬 관계를 유지하면서 가능한 한 단단히 버스들(50, 55, 70, 75)과 절연체들(40, 41) 사이에 끼워넣기 위해 어떤 종류의 조이는 힘이 제공되는 것이 바람직하다. 일단 버스 어셈블리가 완성되면, 그 어셈블리는 인버터(100) 내로 설치되고 전압 차단 문제가 없다는 것을 보증하기 위해 검사된다. 모든 악영향을 주는 오염물질들을 컴포넌트들로부터 제거하기 위해 그 후에 공기, 기체들, 습기, 오염물질들 등은 일반적으로 가열된 진공 챔버를 사용함으로서 전기 버스들 및 컴포넌트들로부터 제거된다. 후에(또는 클리닝 단계 동안에) 그 유닛은 서술되고 위에 제시된 바와 같이(사용되는 화합물 및 방법에 따라서) 절연체 화합물(90)로 포팅(pot)된다. 포팅의 양과 사이즈는, 공기 및 다른 해로운 요소들로부터 적절한 보호를 제공하고 컴포넌트들의 표면들로부터 열 싱크 어셈블리(20)로, 그리고 절연체 화합물(90)의 외부 표면을 통해 인클로저(95)로의 열전도성의 레벨을 제공하도록 되어야 한다. 절연체 화합물이 액체 형태로 가해지기 때문에, 모든 공기 또는 기체를 제거하기 위해 절연체 화합물(90)을 전기 컴포넌트들의 작은 영역들에 넣는 것이 더 쉽다. 이를 위하여, 사용되는 절연체 화합물(90)이, 절연체가 필요한 공간들 모두에 침투하도록 허용하기 위해 액체 형태일 때 낮은 표면 장력을 가지는 것이 일반적으로 바람직하다. When manufacturing the inverter 100 according to the invention, firstly, the buses 50, 55, 70, 75 and insulators 40, 41 are as tight as possible while maintaining a true parallel relationship between the upper and lower buses. It is desirable to provide some kind of tightening force for the purpose of sandwiching between them. Once the bus assembly is complete, the assembly is installed into the inverter 100 and inspected to ensure that there are no voltage interruption issues. Air, gases, moisture, contaminants, etc. are then removed from the electric buses and components, generally using a heated vacuum chamber, to remove all adversely contaminants from the components. Subsequently (or during the cleaning step) the unit is potted with insulator compound 90 as described and set forth above (depending on the compound and method used). The amount and size of the potting provides adequate protection from air and other harmful factors and the level of thermal conductivity from the surfaces of the components to the heat sink assembly 20 and to the enclosure 95 through the outer surface of the insulator compound 90. Should be provided. Since the insulator compound is applied in liquid form, it is easier to put the insulator compound 90 in small areas of the electrical components to remove all air or gas. To this end, it is generally desirable for the insulator compound 90 to be used to have a low surface tension when in in liquid form to allow the insulator to penetrate all of the required spaces.
대안적으로, 절연체 화합물(90)이 절연체(40) 및 다른 컴포넌트들로 부가적으로 주입되도록 하기 위해, 부가적인 화합물 물질이 어떤 잔존 공기 포켓들로 들어가도록, (기계적 압력 또는 대기압을 통해) 진공이 된 후에 압력이 절연체 화합물(90)에 부가될 수 있다. 화합물(90)은 그후에 주변 온도, 또는 사용되는 특정 화합물에 권장되는 어떤 온도에서 경화될 수 있다. 일단 이 프로세스가 완료되면, 컴포넌트(예컨대, 인버터(100))는 다시 검사되어야 한다. 이 시점에서, 공기의 전부 또는 거의 전부가 버스들과 같은 중요한 컴포넌트들과 접촉하지 못하도록 제거되고, 이는 버스들이 서로 매우 가깝게 위치되도록 허용하여 AC 드라이브의 전체 크기에 있어서 상당한 감소를 허용한다. 또한, 공기가 고전압 컴포넌트들과 접촉하지 않기 때문에, 특정 위치에서의 공기 품질 또는 대기 조건들이 AC 드라이브에 악영향을 미칠 우려는 없다. 이것은 공기를 여과하고 조절하는 비용들을 매우 감소시키며, AC 드라이브가, 너무 많은 공간을 차지하지 않고 상당한 전기적 루팅(routing)을 필요로 하지 않으면서, 그들이 조절할 기계들에 직접 인접하여 위치되도록 허용한다. 부가적으로, 완충기(snubber)와 같이, 현재 AC 드라이브들에 필요한 몇가지 컴포넌트들은 더이상 필요하지 않게 된다. Alternatively, a vacuum (via mechanical pressure or atmospheric pressure) may be used to allow additional compound material to enter any remaining air pockets so that insulator compound 90 is additionally injected into insulator 40 and other components. After this, pressure may be added to the insulator compound 90. Compound 90 may then be cured at ambient temperature, or at any temperature recommended for the particular compound employed. Once this process is complete, the component (eg, inverter 100) must be inspected again. At this point, all or almost all of the air is removed from contact with critical components such as buses, which allows the buses to be placed very close to each other, allowing a significant reduction in the overall size of the AC drive. In addition, since air does not contact high voltage components, there is no fear that air quality or atmospheric conditions at a particular location will adversely affect the AC drive. This greatly reduces the costs of filtering and regulating the air, allowing the AC drives to be positioned directly adjacent to the machines to be controlled, without taking up too much space and requiring significant electrical routing. In addition, some components, such as snubbers, currently required for AC drives are no longer needed.
도 7A, 7B 및 7C는 본 발명에 따른AC 드라이브의 대표적인 실시예에서 있는 바와 같이 서로 고정된 본 발명의 두 개의 인버터 모듈들(100)을 도시한다. 이전에 언급된 바와 같이, 모듈들(100)의 트레이들(10)은, 보수를 위해 한 개의 모듈(100)을 다른 모듈로부터 쉽게 제거하도록 허용하는 어떤 통상적으로 알려진 또는 사용되는 방법에 의해, 서로 고정되어 있다. 또한, 하우징(95)의 외부상에 장착된 우주 선(cosmic ray) 여과 장치(96)가 이 도면에 도시된다. 이 도면들에 도시된 바와 같이, 포팅 화합물 또는 절연체(90) 및 하우징(95)은 컴포넌트들의 윤곽을 효과적으로 따르는 방식으로 구성되거나 가해지고, 따라서 버스들이 위치되어 있는 선반 부분(97)을 제공하고, 그 위에 우주 선 여과기(96)가 위치될 수 있다. 7A, 7B and 7C show two inverter modules 100 of the present invention which are fixed to each other as is the case in an exemplary embodiment of an AC drive according to the present invention. As previously mentioned, the trays 10 of the modules 100 are mutually connected by any commonly known or used method that allows for easy removal of one module 100 from another for maintenance. It is fixed. Also shown in this figure is a cosmic ray filtration device 96 mounted on the exterior of the housing 95. As shown in these figures, the potting compound or insulator 90 and the housing 95 are constructed or applied in a manner that effectively follows the contours of the components, thus providing a shelf portion 97 in which the buses are located, A space line filter 96 can be located thereon.
전력 반도체 스위치들 상의 우주 선(cosmic ray) 효과들은 우연히 발견되었으며, 여전히 완전히 이해되지 않고 있다. 전력 변환 제조업자들은 그들의 생산품들이, 그것들의 전압 정격들(voltage rating) 내에서 전력 반도체들을 사용할 때, 너무 이르게 고장나는 것을 발견했다. 이 전력 반도체 스위치들은 반도체 기판 절연 파괴로 지시되는 방식으로 고장이 날 것이다. 약 300 피트 정도 지하에서 사용된 전력 변환 디바이스들은 동일한 고장율을 나타내지 않기 때문에, 그러한 고장들을 우주 선들에 관련시키는 일이 발생하였다. 전류가 흘려진 전력 반도체 스위치들들이 입자 가속기들에 의해 충격이 가해지는 또다른 검사들은 지구 표면에서 작동하는 생산품들에서 보이는 것과 동일한 효과를 야기시켰다. 반도체 제조업자들에 의해 제시된 해결책은 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 전력 반도체 스위치의 작동 전압을 그것의 정격 전압 능력의 약 60 퍼센트로 내리는(de-rate) 것이 것이었다. 전압 제한은 통계적 프로세스들에 의해 정의된다. 또한, 설비 및 사람들을 특히 태양 폭풍들 동안 태양에 의해 방출되는 입자들의 효과들로부터 보호하기 위하여 폴리에틸렌이 유인 우주선(manned spacecraft) 디바이스들에 사용되었다. 이 입자들은 우주 선들(cosmic rays)로 불리는 것에 비해 더 크다. Cosmic ray effects on power semiconductor switches have been discovered by chance and are still not fully understood. Power conversion manufacturers have found their products fail too early when using power semiconductors within their voltage ratings. These power semiconductor switches will fail in the manner indicated by the breakdown of the semiconductor substrate insulation. Since power conversion devices used underground about 300 feet do not exhibit the same failure rate, it has occurred to relate such failures to space lines. Other tests, in which energized power semiconductor switches were impacted by particle accelerators, gave the same effect as seen in products operating on the Earth's surface. The solution proposed by semiconductor manufacturers was to de-rate the operating voltage of a power semiconductor switch, such as an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), to about 60 percent of its rated voltage capability. The voltage limit is defined by statistical processes. In addition, polyethylene has been used in manned spacecraft devices to protect plants and people from the effects of particles emitted by the sun, especially during solar storms. These particles are larger than what is called cosmic rays.
우주 선들은 천체들에 의해 방출되는 고에너지 아원자 입자들이다. 몇 가지 유형의 입자들은 지구의 전체 단면을 관통하여 통과할 수 있지만, 다른 입자들은 지구 상의 또는 지구 내의 물질들과 접촉할 때 방산(dissipate)된다. 이러한 에너지 방산 및 아원자 재결합은 생물학적(셀들) 및 전기적 시스템들(반도체 디바이스들) 상에 역효과들을 야기시킬 수도 있다.Cosmic lines are high-energy subatomic particles emitted by celestial bodies. Some types of particles can pass through the entire cross section of the earth, while others dissipate when they come into contact with matter on or within the earth. Such energy dissipation and subatomic recombination may cause adverse effects on biological (cells) and electrical systems (semiconductor devices).
본 발명은 반도체 전압 사용을 증가시키기 위해 부가될 수 있는 우주 선 여과기(96)를 포함한다. 이 입자들을 포함하거나, 본 발명의 전기 시스템들 상에서의 역효과들을 상당히 억제하기 위해서, 여과기(96)는 납 또는 유사한 물질로 만들어지는 것이 바람직하며, 그것은 IGBT와 같은 전력 반도체 스위치들을 덮는다. 정전 및 전자 차폐 컨테이너 또는 하우징(95)은, 전력 반도체 스위치들을 근접하게 둘러싸고, 폴리에틸렌 코팅된 납 블록이 우주 선들로부터 크고 작은 아원자 입자들을 흡수하도록 삽입되는, 선반(97)을 생성하도록 설계된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 납 블록의 단면은 적어도 3 인치 두께이며, 폴리에틸렌 코팅은 적어도 1/2인치 두께로 선반(97) 위의 공간을 채운다. 실제적으로, 납과 같은 물질의 사용은 여과에 의해 우주 선들의 효과들을 감소시킬 것이며, 2 인치 두께의 최소치는, 제조업자가 권장한 작동 전압으로 사용될 때 그것의 수명 기대치를 증가시키거나 인가 전압을 증가시키는 경우에 적절한 전력 반도체 수명을 달성하기 위해서 실험에 근거한다. The present invention includes a space line filter 96 that can be added to increase semiconductor voltage usage. In order to include these particles or to significantly suppress adverse effects on the electrical systems of the present invention, filter 96 is preferably made of lead or similar material, which covers power semiconductor switches such as IGBTs. The electrostatic and electromagnetic shielding container or housing 95 is designed to create a shelf 97 that closely surrounds the power semiconductor switches and is inserted into the polyethylene coated lead block to absorb large and small subatomic particles from space lines. In a preferred embodiment of the invention, the cross section of the lead block is at least 3 inches thick and the polyethylene coating fills the space above shelf 97 at least 1/2 inch thick. In practice, the use of a material such as lead will reduce the effects of the space lines by filtration, and a minimum of two inches thick will increase its life expectancy or increase the applied voltage when used at the manufacturer's recommended operating voltage. In order to achieve the proper power semiconductor life, it is based on experiments.
이 도면들에 도시된 여과기들(96)의 배치는 AC 드라이브 어셈블리가 도시된 바와 같이 그 장착 표면(층) 상에 놓일 것으로 가정하며, 따라서 선반들(97)의 바닥측면들 상에 여과기(96) 보호를 필요로 하지 않는다는 것을 유의해야 한다. 그러나, AC 드라이브가 (그 측면상에) 똑바로 서있도록 하는 것은 가능하다. 이러한 경우에, 드라이브의 내부 컴포넌트들에 적절한 보호를 제공하기 위해, 여과기들(96)은 선반측 또는 하우징(95)의 상부측 상에 위치될 것이다. 대안적으로, 여과기들(96)은 화합물(90) 경화 전에 포팅 화합물로 밀폐될 수 있다. The arrangement of the filters 96 shown in these figures assumes that the AC drive assembly will be placed on its mounting surface (layer) as shown, and thus the filter 96 on the bottom sides of the shelves 97. Note that no protection is required. However, it is possible to make the AC drive stand upright (on its side). In this case, to provide adequate protection to the internal components of the drive, the filters 96 will be located on the shelf side or on the upper side of the housing 95. Alternatively, the filters 96 may be sealed with the potting compound prior to the compound 90 curing.
본 발명으로, 인버터들(100)과 같은 작은 부피의 전력 변환 디바이스들이 생성되며, 이것은 전력 반도체 스위치들을 우주 선들의 효과들로부터 보호하기 위해, 인버터 모듈들(100) 사이의 구멍에 맞는, 폴리에틸렌을 입힌 납의 상당한 크기의 블록의 사용을 허용하고, 더우기 인가 전압이 스위치 정격 전압의 권장된 60 퍼센트 내지 약 75 퍼센트보다 더 높게 되도록 허용한다. 예를 들어, 현재 AC 드라이브 구성들로는 3,300V IGBT는 지구 표면 레벨 상에서 1,900V이상으로 작동될 수 없다. 본 발명으로 작동 전압은 예를 들어 2,500V까지 올라갈 수 있다. With the present invention, a small volume of power conversion devices, such as inverters 100, is produced, which uses polyethylene, which fits into the holes between inverter modules 100, to protect power semiconductor switches from the effects of space lines. It allows the use of a block of significant size of lead coated and further permits the applied voltage to be higher than the recommended 60 percent to about 75 percent of the switch rated voltage. For example, with current AC drive configurations, the 3,300V IGBT cannot operate above 1,900V on the Earth's surface level. With the present invention the operating voltage can go up to 2,500V, for example.
도 8 및 9는 본 발명의 AC 드라이브에서 사용될 컨버터 어셈블리(200)를 도시한다. 컨버터(200)는 유입 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 데 사용되며, 이로인해 DC 전압은 조종되고 인버터들(100) 내에서 가변 진폭 및 가변 주파수 AC 전압으로 다시 변환될 수 있다. 컨버터(200)의 제조는 이전에 논의된 바와 같이, 인버터(100)의 제조와 유사하다. 컨버터(200)는 일반적으로 커패시터 브라켓 어셈블리(215)를 가진 모듈 베이스(210)를 포함하며, 이것은 구성에 있어서 컨버터(100)의 베이스(10) 및 커패시터 브라켓(15)과 유사하다. 베이스(210)는 통상적으로 베이스(10)와 동일한 물질들로 만들어지며, 인버터 베이스(10)와 쉽게 접속 또는 단절될 수 있어야 한다. 이것은 본 발명의 모듈적 측면들을 보증하며, 따라서 AC 드라이브의 다양한 부분들이 상당한 비용 또는 작동시간의 손실 없이 쉽게 제거되거나 설치되는 것을 허용한다. 8 and 9 illustrate a converter assembly 200 to be used in the AC drive of the present invention. Converter 200 is used to convert the incoming AC voltage into a DC voltage, whereby the DC voltage can be steered and converted back into variable amplitude and variable frequency AC voltage in inverters 100. The manufacture of the converter 200 is similar to the manufacture of the inverter 100, as discussed previously. Converter 200 generally includes a module base 210 with capacitor bracket assembly 215, which is similar in configuration to base 10 and capacitor bracket 15 of converter 100. Base 210 is typically made of the same materials as base 10 and should be able to be easily connected or disconnected from inverter base 10. This ensures the modular aspects of the present invention, thus allowing various parts of the AC drive to be easily removed or installed without significant cost or loss of operating time.
컨버터(200)는 또한 인버터(100)에서의 커패시터 뱅크와 유사한 커패시터 뱅크(260)를 포함한다. 부가적으로 컨버터(200)는 리액터(280), 고전압 서브 어셈블리(240), 컨넥터 서브 어셈블리(230)를 포함한다.Converter 200 also includes a capacitor bank 260 similar to the capacitor bank in inverter 100. Additionally, the converter 200 includes a reactor 280, a high voltage subassembly 240, and a connector subassembly 230.
또한, 위에서 논의된 인버터(100)과 매우 유사하게, 컨버터(200)는 열 교환기 어셈블리(220)를 가진다. 이 도면들에 도시된 열 교환기 어셈블리(220)는 도 3A-3C에 도시된 것과 유사하지만, 원하는 냉각 방법 및 사용되는 전기 컴포넌트들에 따라, 이전에 논의된 구성들 중 어떤 것들도 될 수 있다.Also very similar to the inverter 100 discussed above, the converter 200 has a heat exchanger assembly 220. The heat exchanger assembly 220 shown in these figures is similar to that shown in FIGS. 3A-3C, but can be any of the previously discussed configurations, depending on the desired cooling method and the electrical components used.
본 발명에 따른 AC 드라이브는 호환가능한 또는 유사한 열 교환 시스템들을 갖는 모듈 컴포넌트들(예를 들어, 인버터들(100) 및 컨버터들(200))을 사용할 것임을 유의해야 한다. 이것은 교체물이 제거된 컴포넌트를 교체하기 위해 신속히 삽입되도록 허용함으로서 인버터/컨버터 모듈들의 손쉬운 교체와 보수를 허용할 것이다. 또한, 상이한 열 교환 시스템들이 단일 AC 드라이브 어셈블리에서의 상이한 모듈들을 위해 사용될 수 있음이 고려될 것이다. 이러한 구성이 사용될 경우, 본 발명의 소형 및 접근가능한 측면들을 유지하기 위해서 열 교환기 어셈블리들의 전체 사이즈와 모양이 유사한 것이 바람직하다. It should be noted that the AC drive according to the present invention will use modular components (eg, inverters 100 and converters 200) with compatible or similar heat exchange systems. This will allow easy replacement and maintenance of the inverter / converter modules by allowing the replacement to be inserted quickly to replace the removed component. It is also contemplated that different heat exchange systems may be used for different modules in a single AC drive assembly. When such a configuration is used, it is desirable that the overall size and shape of the heat exchanger assemblies be similar to maintain the compact and accessible aspects of the present invention.
인버터들(100)에서 처럼, 컨버터(200)는 포팅 화합물(90)이 열 교환기 시스템 및 커패시터 뱅크 접속들 상에 있는 어떤 및 모든 고전압 컴포넌트들을 덮도록 해야 한다. 도 8 및 9에서 도시된 바와 같이, 열 교환기 어셈블리(220)가 놓여있는 컨테이너(91)는 절연체(90)를 사용함으로서 제공되는 필수적인 보호들을 제공하기 위해서 실질적으로 절연체 화합물(90)로 채워진다. 통상적으로 인버터(100)에서 서술된 것과 동일한 프로세스가 절연 화합물(90)을 가하는 데 사용된다. 그것은 가열된 진공 챔버에서 먼지, 오염물질들, 습기, 및 공기를 제거하고 이 프로세스 동안 또는 그 전에 절연체 화합물(90)을 액체 형태로 가하는 것이다. 절연체 화합물(90)은 통상적으로 고전압 컴포넌트들 및 버스 바들 전부를 덮기 위해 가해진다. 인버터 어셈블리들(100)에 대하여 이전에 논의된 절연 방법들은 컨버터 어셈블리(200)에 동일하게 적용된다는 것을 유의한다. 부가적으로, 또한 도 7B의 우주 선 여과기(96)가 컨버터(200)의 고전압 반도체 컴포넌트들을 보호하기 위해 이러한 경우에 적용될 수 있다.As with inverters 100, converter 200 should allow potting compound 90 to cover any and all high voltage components on the heat exchanger system and capacitor bank connections. As shown in FIGS. 8 and 9, the container 91 on which the heat exchanger assembly 220 is placed is substantially filled with the insulator compound 90 to provide the necessary protections provided by using the insulator 90. Typically the same process as described for inverter 100 is used to apply insulating compound 90. It is to remove dust, contaminants, moisture, and air in the heated vacuum chamber and to add insulator compound 90 in liquid form during or before this process. Insulator compound 90 is typically applied to cover all of the high voltage components and the bus bars. Note that the isolation methods previously discussed with respect to inverter assemblies 100 apply equally to converter assembly 200. Additionally, the space line filter 96 of FIG. 7B can also be applied in this case to protect the high voltage semiconductor components of the converter 200.
도 10 및 11은 본 발명에 따른 조립된 AC 드라이브(1000)를 도시하고, 여기에는 세개의 인버터들(100), 단일 컨버터(200), 및 공통 냉각 시스템(1100)이 존재한다. 비록 본 발명의 구성요소들은 세개의 인버터 모듈들 및 컨버터 모듈의 고전압 컴포넌트들 및 버스 바들 전부가 한 개의 단일 인클로저 내부에 있는 방식으로 비모듈적 AC 드라이브 상에서 사용될 수도 있지만, 이전에 언급되고 이 도면들에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 모듈적 측면들은 단일 인버터(100)가 상당한 비용 또는 다운 시간 없이 AC 드라이브 어셈블리(1000)에서 쉽게 제거되고 교체될 수 있다는 이점을 제공한다. 또한, 공기가 드라이브(1000)의 버스들 및 전기 컴포넌트들을 냉각시키는 데 사용되지 않는다는 사실 때문에, 거의 어떤 통상적으로 알려진 또는 사용되는 냉각 시스템(1100)도 사용될 수 있다는 것을 유의한다. 강제 공기 덕트 냉각 시스템(1100)은 도 11에 도시되지만, 기름 및 물과 같은 다른 냉각 매체들이 사용될 수 있다는 것을 유의한다. 만약 기름(또는 어떤 다른 액체가 사용된다면)이 사용된다면, 기름(또는 액체)은 화학적으로 공격하지 않아야 하고, 기름의 일부가 인클로저(95)의 최상부 상에 떨어지는 경우에 전기 컴포넌트들을 밀봉하는 데 사용되는 절연체 화합물(90)을 저하시키지 않아야 한다. 10 and 11 illustrate an assembled AC drive 1000 according to the present invention, in which there are three inverters 100, a single converter 200, and a common cooling system 1100. Although the components of the present invention may be used on a non-modular AC drive in such a way that all three inverter modules and the high voltage components and bus bars of the converter module are inside one single enclosure, they have been mentioned previously and these figures As can be seen, the modular aspects of the present invention provide the advantage that a single inverter 100 can be easily removed and replaced in the AC drive assembly 1000 without significant cost or down time. Also note that due to the fact that air is not used to cool the buses and electrical components of the drive 1000, almost any commonly known or used cooling system 1100 may be used. Although the forced air duct cooling system 1100 is shown in FIG. 11, it is noted that other cooling media such as oil and water may be used. If oil (or any other liquid is used) is used, the oil (or liquid) must not attack chemically and is used to seal electrical components if some of the oil falls on top of the enclosure 95. The insulator compound 90, which is to be made, should not be degraded.
더우기, 고전압 컴포넌트들의 공기로의 노출을 막기 위한 절연체 화합물의 사용의 이점들 때문에, AC 드라이브를 냉각시키는 데 사용되는 공기의 품질을 제어하는 데 어떤 정교한 환경적 제어 또는 여과 시스템도 필요하지 않다. 고전압 컴포넌트들이 밀폐되기 때문에, 석탄 먼지(예로서)와 같은 상당량의 오염물질들을 보유하는 공기 흐름은 드라이브의 작동에 악영향을 미치지 않고 컨덴서 블록들을 통해 통과한다. Moreover, due to the advantages of using an insulator compound to prevent exposure of high voltage components to air, no sophisticated environmental control or filtration system is required to control the quality of the air used to cool the AC drive. Because the high voltage components are sealed, air flows containing significant amounts of contaminants such as coal dust (eg) pass through the condenser blocks without adversely affecting the operation of the drive.
물론, 다음의 청구항들에 의해서만 제한되는 본 발명의 취지와 범위로부터 이탈되지 않으면서 본 기술분야에서 숙련된 기술을 가진자에 의해 본 발명의 바람직한 실시예들로부터 변화들, 변형들, 및 개발들이 이루어 질 수 있음이 이해될 것이다. Of course, variations, modifications, and developments from preferred embodiments of the present invention may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention, which is limited only by the following claims. It will be appreciated that this can be done.
본 발명은 저전압, 중간 전압, 고전압 애플리케이션들을 위한 효율적이고, 환경적으로 강건하고, 융통성있고, 소형인 전력 변환 시스템을 허용한다. 본 발명은 냉각제들로 기체나 액체를 사용하는 전력 변환 빌딩 블록들의 설계를 가능하게 한다. The present invention allows for an efficient, environmentally robust, flexible, and compact power conversion system for low voltage, medium voltage, and high voltage applications. The present invention enables the design of power conversion building blocks using gas or liquid as coolants.
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